植入式醫(yī)療器械（IMD）已廣泛應用于診斷、治療、器官修復等生物醫(yī)學領(lǐng)域。但是，科學家和醫(yī)療工作者發(fā)現(xiàn)植入式醫(yī)療設備在長期使用過程中，蛋白質(zhì)、酶和代謝物等物質(zhì)會不可逆地附著在其工作表面，逐步破壞IMD的電化學和生物學特性，導致植入設備的故障及患者的嚴重感染。目前，在植入式醫(yī)療器械設備表面構(gòu)建防污涂層被認為是解決該問題直接且有效的方法。

      近期，曾宏波院士團隊受 “藤蔓刺”結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，將BSA@PSBMA涂層涂覆在IMD表面，并通過超高分辨的非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統(tǒng)—mIRage對其表面生物污垢（例如生物流體中的蛋白、酶、代謝物等）的吸附情況進行測量觀察，以驗證BSA@PSBMA涂層的防生物污染效果。文章以《Bionic engineered protein coating boosting anti-biofouling in complex biological fluid》為題，發(fā)表在 Advanced Materials上^[1]。

非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統(tǒng)—mIRage是基于光學光熱紅外光譜(O-PTIR)技術(shù)，采用非接觸式測量模式，將可見光與紅外光耦合實現(xiàn)紅外光譜的采集，如圖1.b所示。作者利用500 nm超高空間分辨率mIRage系統(tǒng)，根據(jù)其紅外特征峰精確定位污垢，對牛奶、脂質(zhì)、CHO細胞和牛血清中的污染情況進行單波長顯微紅外化學成像，并進行了橫向?qū)Ρ?。圖1.c表明，除了天然BSA涂層表面粘附較少脂質(zhì)外,所有底物表面都附著了大量的污垢，而所有生物流體中BSA@PSBMA-涂層表面的污垢幾乎為零。隨后，作者將生物污垢在裸露的基質(zhì)表面上的平均覆蓋率進行了量化，如圖1.d所示。結(jié)果表明，BSA@PSBMA涂層表面的生物污垢顯著減少，有效驗證了BSA@PSBMA具備優(yōu)異的防生物污垢性能。

圖1. 大塊污垢實驗過程中涂層的防污性能

      非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統(tǒng)—mIRage是由美國PSC公司研發(fā)的，采用特殊的光熱誘導共振（PTIR）技術(shù)，突破了傳統(tǒng)紅外的光學衍射極限，其空間分辨率可達亞微米級，可以幫助科研人員更全面地了解亞微米尺度下樣品表面微小區(qū)域的化學信息。

mIRage設備優(yōu)勢：

顯微紅外空間分辨率高達500 nm；

使用可見光作為光學感應探測信號，不接觸樣品，對樣品無任何交叉污染風險；

非接觸式測量模式，避免了生物細胞樣品的損傷風險；

對樣品制備無特殊要求，可測試粉末/薄膜/粘性/粗糙/纖維/軟物質(zhì)/液相樣品；

實時實現(xiàn)紅外和拉曼光譜同時同位點相同分辨率的測量，提供可相互印證的光譜信息。

紅外和熒光功能聯(lián)用，實現(xiàn)熒光定位和紅外成分分析的互補表征。

圖2. 光學光熱紅外光譜技術(shù)原理

      mIRage系統(tǒng)為生物學中復雜樣品中的蛋白質(zhì)和細胞組分進行紅外光譜分析提供了新的測量方法，為顯微紅外在生物領(lǐng)域的應用提供了更加便捷的表征途徑。

圖3. mIRage、mIRage*-R、mIRage*-LS設備圖

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參考文獻

[1]. Ziqian Zhao, Mingfei Pan, Chenyu Qiao, Li Xiang, Xiong Liu, Wenshuai Yang, Xing-Zhen Chen, Hongbo Zeng. Bionic engineered protein coating boosting anti-biofouling in complex biological fluids, Advanced Materials（2022）.

相關(guān)產(chǎn)品

非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統(tǒng)—mIRage