高靈敏度VAHEAT顯微溫度控制器在生物醫學(xué)領(lǐng)域的應用

在處理生物樣本時(shí)，大多數情況下需要研究溫度這一變量對研究目標的影響，所以，選擇精準、易操作的溫度控制器十分重要，然而傳統的加熱儀器在對樣品加熱時(shí)熱平衡的建立緩慢，容易產(chǎn)生溫度梯度，并對成像分辨率造成影響，因而需要購買(mǎi)物鏡加熱器等多個(gè)設備以實(shí)現穩定的熱平衡狀態(tài)以及減小對成像分辨率的影響，為實(shí)驗帶來(lái)諸多不便。

基于以上問(wèn)題，Interherence公司推出了用于超分辨顯微鏡中精確控制樣品溫度的VAHEAT顯微溫度控制器，VAHEAT顯微溫度控制器可實(shí)現對溫度的精準控制并對超分辨率成像不產(chǎn)生影響。除此之外，與傳統的溫度加熱儀器相比，VAHEAT顯微溫度控制器具有結構緊湊、與各類(lèi)顯微鏡兼容、多種加熱模式的優(yōu)良特性。VAHEAT顯微溫度控制器有兩種智能基板，基底是玻璃制成的，帶有儲液器的凹槽是由與生物細胞具有相容性的硅樹(shù)脂制成的，符合大多數細胞的培養。

圖 1：VAHEAT顯微溫度控制器無(wú)需進(jìn)一步修改即可安裝在顯微鏡上

圖 2：a) VAHEAT 組件。該設備由智能基板 (1)顯微鏡適配器 (2)探頭 (3) 控制單元 (4) 控制器

b) 智能基板（具有透明的納米制造的加熱元件和直接位于視野中的溫度探頭）

c) VAHEAT 設置為 60°C 時(shí)，Smart 基板的熱圖像顯示整個(gè)區域均勻加熱

目前VAHEAT溫度控制器以實(shí)現了在活細胞成像、DNA結合和解離行為、微流控、生物大分子相分離以及神經(jīng)科學(xué)等生物醫學(xué)領(lǐng)域的應用：

(1)在活細胞成像的應用：VAHEAT實(shí)現了在生物成像過(guò)程中精確的溫度控制，研究了細胞對溫度響應的行為過(guò)程，例如多細胞腫瘤球體中的 Ca 2+活性或神經(jīng)元的熱刺激。

(2)DNA結合和解離行為的研究：雙鏈 DNA 的熔點(diǎn)在 60°C 到 90°C 之間，具體取決于序列和鏈長(cháng)度。使用VAHEAT可實(shí)現傳統加熱臺無(wú)法實(shí)現升至高于解離熔點(diǎn)的 DNA 動(dòng)力學(xué)研究。

(3)生物大分子相分離的應用：相分離與生物信號的傳導、基因的表達、細胞物質(zhì)運輸等生命機制有重要關(guān)系。其中，在蛋白表達這一過(guò)程中，相分離的發(fā)生除了與蛋白本身的化學(xué)結構有關(guān)之外，還與蛋白分子的濃度、溶液PH、鹽濃度以及溫度有關(guān)?？煽康臏囟瓤刂坪途_的讀數是定量研究的關(guān)鍵要素。VAHEAT溫度控制器采用集成到智能基板中的溫度探頭不僅確保了可靠的測量條件，還能夠感應薄層中的相變。

(4)神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的研究：細胞功能以及細胞間通訊取決于溫度。尤其是神經(jīng)科學(xué)實(shí)驗嚴重依賴(lài)于對環(huán)境條件的精確控制，例如對突觸功能、其可塑性以及動(dòng)作電位傳播的研究。VAHEAT可以實(shí)現在設定的溫度下進(jìn)行熒光標記實(shí)驗以及膜片鉗實(shí)驗，而無(wú)需復雜笨重的孵化室。

圖 3：使用 VAHEAT 對空間限制下 60°C 和 70°C 生長(cháng)的嗜熱細菌進(jìn)行成像

圖 4：使用 VAHEAT研究減數分裂過(guò)程中的染色體分離（酵母25- 37°C活細胞成像）

圖 5：VAHEAT 用于單分子 TIRF 測量中的精確溫度控制

（慕尼黑工業(yè)大學(xué) Hendrik Dietz 的實(shí)驗室用 DNA 折紙構建的大分子運輸系統）

圖 6：使用 VAHEAT 表征金納米粒子擴散常數的溫度依賴(lài)性

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德國Interherence公司擁有量子和生物光子學(xué)領(lǐng)域的專(zhuān)家團隊，為高靈敏度光學(xué)顯微鏡的發(fā)展做出很大貢獻。該團隊采用了現代納米制造和薄膜技術(shù)，推出了VAHEAT生物顯微溫度控制器，作為傳統顯微鏡的附加產(chǎn)品，實(shí)現了在擴展溫度范圍內的精確溫度控制，以確保生物物理光學(xué)研究可靠的測量條件。

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相關(guān)文獻：

1. Molinaro, C., et al., Are bacteria claustrophobic? The problem of micrometric spatial confinement for the culturing of micro-organisms. RSC Advances, 11, 12500–12506 (2021).

2. Mengoli, V., et al., Deprotection of centromeric cohesin at meiosis II requires APC/C activity but not kinetochore tension. The EMBO Journal, 40, e106812 (2021).

3. St?mmer, P., A synthetic tubular molecular transport system. Nature Communications, 12, 4393, (2021).

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