为什么TERS对纳米毒理学研究有益

在这次采访中，AZoM与HORIBA Scientific的AFM-Raman产品专家Pierre Burgos谈论了TERS的应用、优势和局限性。

为什么脂质双层对纳米毒理学研究有趣的分析？

每个细胞的膜结构都是由脂质双分子层构成的。动物、人类和细菌的细胞膜都是由脂质双分子层构成的，它充当了细胞内外的边界。它对保护细胞是不可或缺的，但也必须允许化学物质和营养物质穿过细胞膜;此外，病毒等潜在的有害生物可以通过细胞膜进入细胞。了解细胞膜的化学结构是了解疾病、毒理学、营养学和一般细胞健康的关键。

实验室制备的磷脂双层膜是一种很好的类似于细胞膜的化学物质——它们具有相同的整体化学结构，包括基本的双层结构，但可以通过标准的实验室技术进行制备和化学修饰。

用尖端增强拉曼光谱(TERS)显示20-50 nm磷脂双层结构域的分子方向差异

由于在商业设备和过程中，对环境中的纳米材料的命运具有日益增长的兴趣，因为商业设备和过程中的欧洲杯足球竞彩吸收增加。纳米材料欧洲杯足球竞彩的尺寸可以与细胞膜密切相关，并且可能渗透细胞......因此，这些材料的毒理学影响可能是显着的，但在此类主题上几乎没有工作。

作为地平线2020 Acenano联盟的一部分，Horiba一直在调查TERS如何帮助了解这一重要的纳米毒理学问题。aceNano项目旨在引入纳米材料纳米材料表征的纳米材料风险评估的信心，适应性和清晰度。

由于Horiba的尖端增强拉曼光谱（TERS）系统可以探测脂质双层和单独的纳米颗粒，从而利用拉曼的非破坏性化学性质，同时使用子20纳米空间分辨率。欧洲杯猜球平台TERS可以理解双层结构（因此，在细胞膜上脱落，纳米材料的影响......它们是否相互作用，它们是否渗透？欧洲杯足球竞彩这些问题是AceNano项目的目标的核心。

特斯拉的挑战是什么?

TERS显微镜将原子力显微镜（AFM）与拉曼光谱仪组合。拉曼是​​一种光学技术，具有激光激发源和包含化学信息的得到的光谱。市场上的大多数AFM都不设计用于光学耦合，并且不适用于这种耦合或赋予光谱的显着缺点。当AIST-NT公司开发了SmartSPM™AFM时，它使其如此清晰的目的，可以允许出色的光学耦合。As a result, AIST-NT (which was subsequently acquired by HORIBA) had to design a specific head and optical coupling system to enable Raman spectroscopy, both in a co-localized mode (i.e., making Raman measurements at the same position of the AFM scanning) and in the TERS mode (what we callNanoRaman™）。

另一个主要考虑因素是如何尽可能使这样的系统成为强大的。TERS在AFM尖端耦合纳米尺寸扫描，拉曼光谱和等离子体增强 - 最终结果是纳米级化学表征。所有这三个都可以自己呈现挑战，因此将它们集成在一起要求非常仔细的设计，以确保在实验室中可以有用，而不是只是为先进的光学工程师成为一个有趣的技术挑战。确保简单的初始对准，无与伦比的稳定性和拉曼激光和尖端之间的连续反馈是解锁产品的力量。

另一个批判考虑因素是探针（或提示）。TERS依赖于尖端的等离子体增强 - 实现这一点，您需要正确的探头（物理设计及其材料）。这最初是非常具有挑战性的，但我们现在有一个可靠和可重复的工作的提示......我们保证了他们的表现。

Horiba Ters系统是它的第一个吗？

HORIBA TERS显微镜的独特之处在于，光谱仪和AFM单元都是在法国北部的同一家工厂制造的。这意味着它是一个完全集成的系统，而不是两个独立的组件，然后再连接在一起，以期实现有史以来最具挑战性的光谱测量之一。

十多年来，人们一直在考虑和尝试TERS，个别研究小组早期取得了一些有限的成功。第一次尝试是尝试将现有的拉曼光谱仪与现有的AFMs相结合，这肯定会损害性能、可靠性和健壮性。目前，HORIBA的方案的独特之处在于，它是真正的交钥匙式TERS解决方案，保证提供低于20纳米的分辨率，由单一制造商作为单一系统设计和制造。

这是这种工作的最佳AFM-Raman系统吗？

在过去的15年里，我和许多不同的afm一起工作。HORIBA AIST-NT系统无疑是最好的，它提供了真正的交钥匙式TERS解决方案。你只需要拿着你的TERS探测器，把它装入AFM头，然后你只需要和软件一起工作Nanoraman™测量．一切都是自动的，所以它真的很快就能达到纳米级的拉曼测量值。我们的实验室的访问者总是惊讶地看到我们可以从加载探测到实际制作真实的测量时如何快速移动！

AFM还有一个极好的无漂移扫描仪，所以你可以在同一个区域记录一个样品，在一夜或几天之后，它会扫描同一个区域，几乎没有漂移。该系统还有一个“扫描目标”，由HORIBA开发，以实现TERS。拉曼激光束通过一个物镜以聚焦在尖端，但需要精确地对准尖端尖端。在HORIBA系统中，物镜包含了一个快速反馈扫描仪，用于首先非常精确地定位激光在尖端，然后它在测量过程中一直保持定位。没有这一点，就不可能通过长时间的测量来保持TERS的良好状态。

在这个系统中使用的TERS探测器有什么独特之处?这对这类工作有什么帮助?

TERS的探测对一个系统的成功至关重要。这种探针能在纳米尺度上增强信号，从而使化学表征具有远低于光学衍射极限的空间分辨率。

Horiba提供两种类型的不同探头：金银。我们都知道银遭受氧化，因此我们将该探头用顶部的钝化层递送。这显着减缓了氧化过程，从而可以成功使用单个探针七周或更长时间。当然，探头采用最佳的弹簧常数设计，因此您可以使用您的系统以接触和非接触模式。与其他AFM测量不同，TERS测量需要双重分析，首先用探针与样品接触，然后用探针远离样品（即，非接触）。

您必须在两毫秒内快速交换两种模式，因此您需要在探针上具有正确的弹簧常量，以允许此操作，否则，您将损坏样本或打破提示。获得这项权利是实验成功的一个非常重要的考虑因素！

这种技术在未来会引领什么方向?现在的情况如何?你认为这项技术在未来有什么巨大的机遇?

15年前，这项技术还处于起步阶段，我很高兴现在在我的实验室里有这样一个常规运行的显微镜。我认为这项技术有很大的前景，例如在制药实验室和生物物理实验室，研究双层膜和人工膜或人工细胞，这将是制药公司非常有用的领域，需要了解。药物可以穿透细胞膜，针对不同的器官或病毒。例如，TERS可以用来了解药物是如何靶向肿瘤的——这项技术的特别优势在于，你不需要使用荧光探针，这可能会扰乱你试图研究的系统。有了TERS，你可以实现纳米级的化学成像，没有任何干扰。

材料竞技场中也有许多成功的测量;欧洲杯足球竞彩碳纳米管（CNT），石墨烯和过渡金属二均磷脂（TMDC）等物质具有很大的潜力，可以实现清洁能源，更快的计算，新建筑能力和令人兴奋的医疗进步。TERS和TEPL（尖端增强的光致发光，探测材料的电子激发状态的类似技术）对于这些材料非常良好。欧洲杯足球竞彩

人们对TERS持怀疑态度吗？

当TERS第一次被考虑和尝试时，这项技术的潜力很快就被理解了，但实验方法和仪器设计还没有准备好。因此，虽然进行了一些成功的测量，但它们很少，而且很难复制。拉曼光谱和原子力显微镜的专家各有不同。特斯拉不仅需要这两方面的专业知识，还需要经过深思熟虑的仪器设计NanoRaman™．我认为有些人已经根据那些非常早期的尝试形成了他们对TERS的看法，但在过去几年中，不要意识到已经发生的许多发展和巨大的步骤。也许这是我们的工作之一，作为仪器设计师，分享我们的知识和专业知识，并展示了最新的，即可以容易地实现。

Labram纳米尖端增强拉曼光谱（TERS）系统

我们参与的主要欧洲项目，如ACEnano，也有助于将技术转化技术确立为一种公认和有用的技术，证明它现在不仅仅是一项技术挑战，而是一种回答真正科学问题的可行科学方法。

TERS与现有技术相比的主要优点是什么？

目前，科学家们依靠荧光、共聚焦显微镜，甚至顶尖技术的纳米显微镜方法，如STORM-PALM显微镜，来研究双层膜或细胞膜或细胞。这些显微镜依赖荧光探针，所以你需要在你的细胞或你想要研究的材料中引入外来元素。欧洲杯足球竞彩但是这样做的话，你就扰动了你想要分析的系统。荧光探针甚至可能有毒。

通过闪耀着它们，我们只依靠“看到”分子的振动“。你不必介绍任何事情来做这件事 - 你拍了样本，你学习它。它更容易更简单，实验更令人满意。

承认

本文中描述的磷脂双层研究通过欧洲联盟的地平线2020年度研究和创新计划提供资金，以授予协议No.720952。

关于皮埃尔·布尔戈斯博士

在南希毕业后，皮埃尔布尔戈斯完成了他的博士学位。在法国国立理工学院洛林研究所。他的论文工作主要是在渥太华加拿大国家研究委员会进行的，在那里他开发了一种扫描显微镜的味道。在亚利桑那大学和谢菲尔德大学的博士后职位后，他在牛津郡卢瑟福·阿普尔顿实验室的中央激光设施中获得了员工职位，他参与了各种光谱测量的支持者（Flim，Fret，拉曼Kerr门，时间解决的技术等）。他于2013年7月加入Horiba，作为AFM-Raman产品专家，支持客户，并致力于产品开发和新应用。