无标签化学成像的下一代

MID-IR化学成像是一种已建立的定量技术，它结合了红外光谱和显微镜的好处，可提供样品的化学组成和分布的快照。

基于量子级联激光器（QCLS），该技术对此技术进行了革命性的改进，这已经由Daylight Solution的Spero开创^®平台，可以轻松地对细胞和聚合物进行高分辨率化学成像。现在，通过引入新的Spero-QT，该技术正在进一步推动，该QT甚至更快，更强大。打开新的应用程序，例如整个器官成像，术中手术数字病理学以及药物粉末，片剂和聚合物复合材料的分析。

Azom与日光解决方案分子成像总监Jeremy Rowlette博士谈到了SPERO-QT，即先进技术将开放的新应用领域以及它将给研究人员带来的许多好处。

是什么使中红外红外成像如此强大的技术？

中红外（MID-IR）成像是一种“无标签”光谱成像技术，可让您“查看”样品中的天然化学反应。因此，我们经常互换使用化学成像一词。

几乎所有的生物学和有机材料（例如聚合物）都是由具有自然振动的分子制成欧洲杯足球竞彩的，这些振动可能会受到Mid-Ir Light（包括5,000-11,000 nm）的辐射带。与紫外线（200-400 nm）不同，可见（450-650 nm）和近红外（800-2000 nm）光谱技术可以使用MID-IR光谱法来区分具有很高特异性的化合物，因为每个分子都有A独特的光谱指纹。

IR成像是IR光谱法的扩展。中IR光束通过光谱仪中Mid-Ir光束通过的大部分样品中的单个平均光谱，而是MID-IR成像器在许多样品中生成了独立的光谱（数十万到数百万）小段falling within the microscope’s field-of-view (FOV).

例如，可以使用MID-IR成像来区分健康和患病的组织，或在两种类型的活性药物成分（API）或混合聚合物之间很容易，而没有含糊不清的混合聚合物。它也可以用来识别细胞中感兴趣的区域，或鉴定干和压力粉的混合物中的化学分布。

由于该技术探究了固有的振动签名，因此不需要荧光标签，污渍或标签，因此该技术可以快速且无创。这对于许多应用很重要，尤其是当需要归档样品的完整化学轮廓或确保通过基因测序和蛋白质组学分析在下游采样成功时。

使用SPERO-QT在中红外区域成像的组织微阵列

第一代和第二代SPERO之间的主要区别是什么？

SPERO-QT建立在2014年发布的第一代平台中产生的重要技术飞跃，该平台仍然是唯一基于量子级联激光器（QCL）技术的商业可用宽场显微镜。

有了来自9个国家 /地区的数十个用户的反馈，我们已经学会了如何使乐器更快，更紧凑且易于使用。

对于我们的客户来说，对我们的客户的易用性非常重要，这就是为什么我们消除了低温冷却并在软件开发中进行大量投资以简化样本导航和数据收集的原因。即使我们的许多用户都是光谱的专家，在某些情况下甚至建立了激光显微镜的台式版本，我们的任务是使这些研究人员能够在癌症研究和药物开发的最前沿运作，以将精力集中在突破性上。在他们的应用中，没有让他们担心该仪器。

是什么促使团队在日光解决方案中进一步增强了Spero？

我们的顾客。

我们的忠实客户正确地要求了一个充满活力和创新的技术路线图，他们已经期待了日光解决方案的一个。

我们已经为学术和工业研究市场服务了12年，目前在该领域拥有700多种高精度科学工具。我们将这一成功归因于我们的声誉，以始终努力应对客户带来的苛刻的技术挑战。我们将充满激情继续这种追求，而SPERO-QT代表了又一步的前进。

日光解决方案的Spero-QT

第二代SPERO的光谱分辨率数据采集速度是否允许将其用于新应用？

其最高性能配置的SPERO-QT比第一代显微镜快20倍。现在，可以在约1 Mau的噪声水平下在大约35秒内收集230,400个光谱，每个光谱都可以在大约35秒内收集。以这种速度，全面的无标签化学成像将成为常规。

提高速度的第二大优势是，可以在同一时期内收集更多的扫描，从而实现更高的灵敏度测量。这正在打开新的应用程序，例如片剂和粉末的宽场扩散和镜面反射成像。

您在哪里可以看到实际使用的粉末分析？还有其他技术吗？

在整个制药行业中，粉末被广泛用作活性和不活跃成分，例如片剂的形成。

对于质量控制，不仅量化片剂内成分的相对比，而且还量化其空间分布变得越来越重要。在每批中，都会随机选择一些片剂，横截面和光谱分析，以解决相对于非活动基质的活性药物成分（API）的浓度和空间分布。

目前有几种技术，包括UV-VIS，近IR和最近的拉曼光谱法。通过大量投资，这些技术可以有效，但可能会较慢或遭受较差的特异性。对于UV-VIS和近IR光谱，由于光谱带分配的歧义，实现特异性是一个重大挑战。拉曼频带更容易分配，但是该技术需要冗长的采集来克服固有的弱信号水平，并且它也可能遭受强大且变化的自动荧光背景，以破坏定量分析。

由于这些局限性，这些技术主要由高技能人员下游和离线执行。因此，这些测量结果的数据对工厂内的关键实时决策的影响较小。

努力开发工艺分析技术（PAT）的主要科学家开始认识到，如果此类技术的吞吐量可以通过2个或更多的数量级增强，同时提高特异性，则工厂工作流程可能会发生重大变化。由于其吞吐量和信噪比（SNR）优势，SPERO-QT开始在各种PAT应用中接听此调用，包括非接触术，对粉末和聚合物复合材料的内联检查。使用少数MID-IR波长调谐到API峰的现场，视频速率成像是该应用程序的游戏规则改变者。

您如何期望第二代SPERO的增强功能受益于SPERO用于使用的组织分析应用？

临床前和生物医学研究中的组织分析仍然是SPERO显微镜的最佳应用，而其他地方的速度优势则无能为力。光谱数据采集速度的20倍增加了三个应用程序。

第一个是术中，无标签的数字病理学。大（厘米²）现在可以在整个IR MID-IR指纹频带上以微米尺度和全光谱分辨率（每480x480 FOV的450个光谱数据点，总计570万光谱）以微分尺度进行分析。这是在通常分配的30分钟窗口内，用于术中病理学咨询，并有可能首次告知手术决策。

第二个是大型（> 1000）的患者临床研究，旨在改善IR中IR光谱文库的统计鲁棒性。随着图书馆对人口差异的越来越全面和强大，我们将看到自动化的MID-IR筛查成为病理实验室工作流程中更常规的一部分。

最后，像Petibois组（U. Bordeaux，FR）这样的小组通过在小动物模型中执行整个器官3D化学图像重建来将速度优势应用于新的极端，以推动药物治疗的开发。每个器官可以在短短几天内将每个器官横截面分为数百个CM2大小的切片，并在Spero-QT上成像。为了进行比较，使用常规红外成像技术，单小鼠器官的化学图像重建大约需要一年。凭借SPERO-QT的速度优势，领先的制药公司正在利用这种能力，可以在药物开发的早期阶段常规研究药物对多器官系统的积极和负面影响。

日光解决方案的工程师如何改善Spero的规格，同时减少足迹？

我们利用日光解决方案的新MIRCAT-QT激光源，该源的速度快50倍以上，同时还达到了优势波长和光束指向重复性。

激光的较高性能使我们的团队能够消除光束路径中的几个光学组件，这使我们能够将仪器的深度降低100毫米。这似乎并不多，但是占地面积的深度不到2英尺，即使是最小的实验室长凳，它也可以适合它。对于我们的许多客户，尤其是生物学和临床研究人员而言，基准空间是绝对溢价的。我们很高兴能够根据此请求提出。

您如何期望第二代SPERO的较大扫描区域受益于研究人员？

在SPERO-QT中，可以随时加载和成像多达3 25x75毫米幻灯片。以前，只能在不重新定位的情况下查看单个幻灯片的一部分。我们使用大型样品的客户将从此改进中获得最大的好处。

除了较大的舞台旅行外，阶段还具有线性电动机，该线性电动机具有0.1 UM闭环编码器精度。在整个旅行范围内，现在可以通过适当的校准和环境控制来使缝线可重复性和准确性低于1 UM。

最后，已经打开了整个样品隔室区域以提高可访问性。这对于使用微流体设备或其他配件的客户来说非常重要。

在微流体通道内流动的H2O和D2O的红外图像。

日光解决方案为想要在新颖的实验和应用中使用SPERO技术的客户提供什么支持？

没有两个客户以完全相同的方式使用我们的Spero显微镜。我会说这确实是显微镜的本质。作为前沿显微镜产品的制造商，我们非常感谢在显微镜到达客户实验室之前和之后提供出色的支持的重要性。

对于Spero而言，我们有一个应用程序科学家和仪器专家团队，他们将与客户合作开发其应用程序。我个人处理所有客户问题，并负责确保客户获得最好的服务。我的每个客户都有我的个人手机号码，并且知道他们几乎可以随时随地与我联系。

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关于Jeremy Rowlette博士

Jeremy Rowlette博士目前是日光解决方案的分子成像产品总监，并且是Spero显微镜的共同发明者。

杰里米（Jeremy）于2010年加入了日光解决方案，担任技术人员的高级成员，此后他领导了产品开发和市场引入多个量子级联激光技术，为防御，科学和工业研究市场提供服务。

Rowlette博士获得了硕士学位和博士斯坦福大学分别于2005年和2010年获得电气工程学位。