节杆氧化细菌从污染的矿 物质表面分离
节杆氧化细菌依附在磁铁矿表面，通 过红外显微成像测量蛋白质Amide II 吸收带特征，可以确定细菌在矿物表 面的位置。通过对铬酸盐以及甲苯的 红外成像，观测到它们明显的损耗。 这项研究可以帮助人们了解节杆氧化 细菌如何进行生物治理。
通过红外显微成像，在多孔玄 武岩表面发现其本身固有的微 生物存在
生命科学应用——骨质疏松与骨微损伤
每天重复的日常活动会对骨组织造成微损 伤。通常，骨头的再造过程会对这些微小 损伤区域进行修复。利用红外显微光谱研 究损伤区域和未损伤区域的的蛋白质、矿 物质和化学定量关系。碳酸盐含量在骨微 损伤区域始终低于正常区域，这种更低的 碳酸盐含量可能源于微小裂纹形成过程 中，胶原网格被拉伸造成矿物质晶体减 少。碳酸盐晶体先丢失是由于其高的溶解 性。对于矿物质化(磷酸盐/蛋白质）没有观 测到明显的差别，但是在损伤区域磷酸盐 和蛋白质的吸收强度都降低，意味着胶原 网格被拉伸，矿物质晶体溶解和消失。 当前治疗骨质疏松症的二磷酸盐疗法却加重 了骨组织微损伤的负担，因为这些药物降低 了骨头再造能力。
生命科学应用－皮肤红外显微成像
真皮 表皮 角质层
表皮 真皮
研究皮肤各层的化学组成 和结构，对于理解皮肤生 物物理性质具有重要意义
生命科学应用－皮肤红外显微成像
二级结构
生命科学应用－结肠癌组织
IR marker for screening Colorectal Cancer (CRC)
Colon crypt
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
0.4 0.3 Absorbance 0.2 0.1 0.0 3000
N4
Absorbance
2842 2848 2854 2893 2917 2958 Residual Spectrum
0.4 0.3 0.2 0.1 0.0
1700
1600
1500
1400
1300
1200
1100
1000
Wavenumbers
Optic image
生命科学应用－头发红外显微成像
lipid
Gastric cancer
amide II
PO2-
amide II/ PO2-
Normal
胃癌病人具用更高的含量
胃癌病人更低
癌症早期初步诊断的潜在有力手段
生命科学应用——老年病
生命科学应用——骨质疏松与骨微损伤
¾骨头组成是否是不同的？ ¾当前骨质疏松的治疗是否影响骨头的组成
生命科学应用——骨质疏松与骨微损伤
碳酸盐 磷酸盐
胶原
生命科学应用——骨质疏松与骨微损伤
软骨 3-5um 软骨下骨 骨髓
Rate of bone mineral formation is slower in osteoporosis, i.e. bone quality is reduced
生物治理
Chemical imaging of biological tissues and cells
生命科学应用
疯痒病
生命科学应用——老年病
z Alzheimer’s plaques are misfolded Abeta protein. They are 20 –100 microns in size. z Plaques are thought to disrupt communication between neurons z Plaques may also be toxic to neurons, resulting in their death. z Plaques have recently been identified in other organs: liver, pancreas, ovary, and thyroid.
Colon Coloncancer cancertissue tissu
N4
T1
N4 N5 N6
1.4 -0.2 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2 3500 3000 2500 2000 1500
-1
N5 N6
T2 T3
正常结肠细胞中 具有更高的糖原
1000
Wavenumbers/ cm
• ABeta = Amyloid beta (40,42,43 amino acids)
•
–Normal Abeta = 40 amino acids –Abeta that forms plaques = 42,43 amino acids Fragment of larger protein APP (Amyloid Precursor Protein)
On the microscopic level in tissue, we want to understand:
1.What is the structure of Abeta in AD plaques? 2.Are the plaques and tangles identified in other tissues analogous to those found in the brain? 3.Is Alzheimer’s disease a systemic disorder, i.e can fibrillary changes observed in other organs aid in the early diagnosis of AD?
Wavenumbers/ cm
N4
Normal Tissue (N4) Wavenumber (cm-1) 2842 2848 2854 2893 2917 2958
Tumor Tissue (T1) Ratio (%) 17.93 58.43 23.63
T1
νsCH2 and νas CH2 have the potential to be an intrinsic Biomarker for screening malignant tissue.
通过观测铬离子的化学成 像，可以发现在暴露在甲苯 气氛中4个月后，Cr4+化合 物被微生物降解成Cr3+化 合物。
这项研究可以帮助人们了解微生物如何进行金属生物治理
催化
In Situ Synchrotron-Based IR Microspectroscopy To Study Catalytic Reactions in Zeolite Crystals
骨关节炎
骨质疏松
Alzheimer’s Disease
Prion Diseases
Heart Disease
阿尔海默氏病
心脏疾病
Apoptosis
细胞凋亡
慢性淋巴细胞白血病
Chronic Lymphocytic Leukemia
Agricultural Science
Bioremediation
Cosmetics
Absorbance
1.5
1.0
medulla
＋
＋
0.5
0.0
1800
1700
1600
1500
1400
1300
1200
1100
1000
Wavenumbers
Gastric cancer
Absorbance
2.0
B
Gastric cancer Normal
1.5
cortex
1.0 0.5
＋
＋
0.0
1800
胶原基质中癌细胞扩散引起的蛋白质水解过程
Matrigel基质中活 HT1080细胞光学图像 1625/1650 cm-1比值红外成像 绿色包裹的蓝色部分是T1080细胞， 红色部分是降解的Matrigel基质
红外显微成像相对于其它方法的优势在于同时提供化学和 结构信息。结果显示相对于多肽链的严重降解，MMP生 物基质蛋白降解通过有限的蛋白质水解来完成。这种有限 的蛋白质水解导致胶原中局域三重螺旋结构解开，引起基 质的不稳定。此外，降解的红外成像图样显示了MMP在 细胞周区域不同的活性。
生命科学和医学应用
生命科学应用
FTIR Spectroscopy of Biological Components
蛋白质
脂类
核酸
糖类
生命科学应用
胶原
肌红蛋白
β-淀粉样蛋白
细胞色素
Synchrotron FTIR Programs Today
Osteoarthritis
Osteoporosis
Summary
1. Lower level of glycogen was found within cancerous tissue, and there was no goblet cells distributed within the region of cancerous tissue. 2. The absorbance of νsCH2, νas CH2 and glycogen have the potential to be the IR marker for screening colorectal cancer.
(A)
(B)
(C)
(D)
(E)
(F)
(G)
(H)
(A) amide I at 1648 cm-1, NORMALIZED (B) amide I at 1637 cm-1, (C) amide II at 1543 cm-1, (D) δCH2 at 1444 cm-1, (E), δCH3 at 1380 cm-1, (F) νas PO2- (DNA/RNA) at 1246 cm-1, and (G) νs PO2(DNA/RNA) at 1075 cm-1, (H) glycogen at 1029 cm-1