Breakthrough sub-cellular 3D chemical composition research platform for live cells, based on the new invention of nanoscale - confocal photothermal IR micro-spectroscopy (n-CPIR)

摘要 这一提议将引领我们建立一个具有突破性的亚细胞、3D和化学成分的研究平台。 细胞，基于亚微米级、共焦、光热、红外和显微光谱分析(CPIR)这一新的技术发明。 长期以来，人们一直在寻找一种无标记的亚微米化学成像技术和光谱分析技术来实现对生物的可视化研究。 生物分子和材料存在于一个复杂的生命系统中。许多常见疾病都是在第一时间表现出来的。 细胞、细胞或亚细胞水平。红外光谱和显微光谱分析是一项非常强大的技术，但它在生命科学领域的应用越来越广泛。 由于以下关键技术限制，一般技术和蜂窝技术分析技术，特别是移动通信技术，一直受到限制：第一步，第二步，第一步，第二步，第三步，第二步。 A)将空间分辨率通过光学衍射镜限制在10微米以下，包括：* B)由于水对水有很强的红外吸收作用，导致无法进行体内成像，因此无法进行体内成像。 这项新的提案消除了上述限制的两个方面，而且它是基于最近公布的一项专利-- 波士顿理工大学教授陈继新教授在等待国际投资委员会的突破之前，将独家授权给他。 Anasys智能仪器公司致力于技术商业化。陈成教授是世界领先的振动技术公司之一。 光谱学研究人员表示，他们是现代汽车的共同发明者之一(相干反斯托克斯拉曼散射)。 显微镜是拉曼光谱技术领域的一项重大创新。Anasys先生是该领域的先驱。 原子力显微镜(AFM)是一种基于光热、纳米级、红外光谱分析的原子力显微镜。 探测器探测到由红外线吸收而产生的微弱光热信号。 这项提案的主要目标是打造一个能够达到300美元的高速共焦光学显微技术平台。 NM红外光谱分析技术在流体中的应用。这一研究平台也可用于纳米材料的亚细胞化学组成和研究领域。 活细胞，它在未来的生命科学中有许多重要的应用。 新提出的CPIR成像平台具有很高的创新性，因为它将使血脂的实时成像成为可能。 根据指纹和红外光谱条带，研究了单个肿瘤细胞中的代谢物。与被广泛研究的生物相比。 在癌症的遗传方面，以及众所周知的沃堡效应，人们认识到血脂在癌症中的重要作用。 发育障碍仍在不断出现。在大脑中还没有发现致脂相关基因的异常表达。 乳腺癌、前列腺癌和其他许多癌症。即使有了这些新的发现，脂类和新陈代谢的问题也没有得到解决。 被用作癌症的一个新的预后危险因素，由于缺乏对癌症的鉴别诊断和诊断，其侵袭性较差。 技术的量化。我们的建议旨在通过量化技术的总量和组成来填补这一空白。 脂滴是肿瘤细胞脂肪生成的一个重要方面，但我们应该把重点放在脂类和代谢物上。 在这里，我们的光谱生物成像平台是一种普遍适用的工具，可以用来进一步监测细胞内的生物动力学。 因此，其他重要的代谢物，包括抗癌药物、营养物质和分子，如脂肪酸和氨基酸，也是如此。 对癌症和研究产生了深远的影响。

Abstract This proposal will lead to a Breakthrough sub‐cellular 3D chemical composition research platform for live  cells, based on the new invention of sub‐micron  confocal photothermal IR micro‐spectroscopy (CPIR).   Label‐free sub‐micron chemical imaging and spectroscopy has long been sought for visualization of  biomolecules and materials in complex living systems. Many diseases first manifest themselves at the  cellular, or subcellular level. IR micro‐spectroscopy is a powerful technique but its use in life sciences in  general and cellular analysis in particular has been limited due to the following 2 key limitations:             a) Spatial resolution limited by diffraction to ~ 10 µm.                                                                                            b) Inability for in‐vivo imaging due to strong IR absorption by water.                                                               This proposal eliminates both of the above limitations and is based on a recently published patent‐ pending breakthroughby the PI, Prof. Ji‐Xin Cheng of Boston University and is licensed exclusively by  Anasys Instruments for commercialization. Prof. Cheng is one of the world's leading vibrational  spectroscopy researchers and is the co‐inventor of the CARS (Coherent Anti‐Stokes Raman Scattering)  microscope, which is a major innovation in the field of Raman Spectroscopy. Anasys pioneered the field  of AFM (Atomic force microscope) based photothermal nanoscale IR Spectroscopy where an AFM  probe detects the photothermal signal induced by IR absorption.   The goal of this proposal is to create a high speed confocal optical microscopy platform capable of 300  nm IR Spectroscopy in fluid.  This platform can be used in sub‐cellular chemical composition research of  live cells which has many applications in the life sciences.   The proposed CPIR platform is highly innovative because it would enable real‐time imaging of lipid  metabolites in single live tumor cells based on fingerprint IR bands. Compared to the widely studied  genetic aspect of cancer and the well‐known Warburg effect, appreciation of the role of lipids in cancer  development is still emerging. Aberrant expressions of lipogenic genes have been found in brain,  mammary, prostate and many other cancer. Even with these discoveries, lipid metabolism has not been  used as a prognostic factor for cancer aggressiveness due to lack of differential detection and  quantitation technology. Our proposal aims to fill this gap by quantifying the amount and composition of  lipid droplets, an important aspect of lipogenesis in tumor cells. Though we focus on lipid metabolites  here, our spectroscopic imaging platform is generally applicable to monitor the intracellular dynamics of  other metabolites, anti‐cancer drugs, and nutrition molecules such as fatty acids and amino acids, thus  having a far‐reaching impact on cancer research.