Discoverer生物型布里渊显微镜——与拉曼光谱联用的多模态力学-化学成像

Discoverer生物型布里渊显微镜——与拉曼光谱联用的多模态力学-化学成像

在生命科学和材料科学的研究中，力学特性与化学组成是理解样本功能状态的两个核心维度。然而，传统技术往往只能单独获取其中一个维度的信息——原子力显微镜提供力学数据却无法揭示化学组成，拉曼光谱提供分子指纹却无法直接给出力学参数。Discoverer™生物型布里渊显微镜通过集成拉曼光谱模块，实现了在同一平台上同步获取力学特性与化学组成的综合表征能力。世联博研（北京）科技有限公司是该产品的核心合作伙伴。

一、为什么需要力学-化学同步表征

单一模态的成像技术往往只能呈现样本的一个侧面。布里渊显微镜虽能高精度地呈现样本的刚度与粘性分布，但无法回答“为什么这个区域更硬”或“这种力学变化的化学基础是什么”。拉曼光谱则提供样本的分子组成信息——蛋白质、脂质、核酸的分布与状态。

将两者结合，研究者可以建立“力学特性-化学组成”的直接关联：某一区域的硬度是否与胶原蛋白的富集有关？肿瘤球体内部的刚度变化是否伴随着脂质代谢的改变？这一联用能力使研究者从“看到力学变化”进化为“理解力学变化的原因”。

二、技术实现：布里渊与拉曼的同步采集

Discoverer系统采用模块化设计，支持在布里渊成像通道的基础上集成拉曼光谱模块。两种技术共用同一光路和同一显微镜平台，无需移动样本即可在同一区域先后或同步完成数据采集。

布里渊部分提供：刚度（布里渊频移）和粘性（线宽）信息。拉曼部分提供：分子指纹信息（蛋白质二级结构、脂质组成、核酸分布等）。两种数据在同一坐标体系中完美叠加，研究者可直接查看“刚度图谱”与“化学图谱”之间的对应关系。

三、应用案例：胶质母细胞瘤的力学-化学异质性研究

2025年发表于《Biochemistry and Biophysics Reports》的研究中，研究人员整合布里渊显微技术和拉曼光谱，首次系统比较了U87-MG细胞系球体、患者来源细胞球体与类器官的力学-化学特性。

研究发现：

同一细胞系的球体表现出相对均一的生物力学特性

来自同一患者的类器官则表现出更大的力学和生化异质性

布里渊频移和带宽在拉曼聚类中表现出显著变化

在复杂组织中正确解读布里渊数据时，必须考虑生化组成

这一研究充分证明了多模态分析的必要性——仅凭力学数据或仅凭化学数据，都无法完整理解肿瘤样本的异质性。只有将两者结合，才能获得全面的认识。

四、应用方向拓展

癌症研究：肿瘤微环境的力学与化学异质性研究、药物处理前后力学-化学响应、循环肿瘤细胞力学-化学表型分析

组织工程：支架材料的力学与化学特性同步表征、细胞-基质相互作用的多模态分析、组织成熟过程中的力学-化学演变

药物筛选：候选药物对细胞力学和代谢的双重影响评估、药效的多参数综合判断

植物科学：细胞壁力学特性与多糖组成的关系研究、胁迫响应中力学与化学变化的时序关联

特征与好处

                          特征                                                                 好处

布里渊与拉曼共用同一光路和显微镜平台                                无需移动样本，在同一区域完成力学+化学同步采集

两种数据在同一坐标体系中完美叠加                                         可直接查看刚度图谱与化学图谱之间的对应关系

布里渊频移和带宽在拉曼聚类中表现出显著变化                         揭示力学差异背后的化学组成基础，为机制研究提供直接证据

适用于胶质母细胞瘤球体、类器官等多种样本                          从细胞系到患者来源样本，覆盖不同研究模型

780 nm近红外激光不干扰拉曼信号                                          两种技术联用时无需担心光谱串扰