显微成像光谱仪及应用cdn055.yun-img.com/static/upload/longrays/download/... · 2020. 4....

北京朗晖光电科技有限公司

显微成像光谱仪及应用

朗晖光电LongRays

目录1.显微成像光谱仪简介

2.技术指标

3. 硬件

4. 软件

5. 应用


A.白蛋白耦联金纳米粒在肿瘤治疗中作用

B.大小和形状对无内毒素金纳米颗粒解剖分布的影响

C.将脂质金纳米颗粒传递给人类乳腺癌细胞以提高放射治疗的效果

D.等离子体纳米粒子辐照热能消融肿瘤

邮箱：[email protected] 联系电话：010-68912575

5.1 量子点材料暗场检测

5.2 相机芯片缺陷检测

5.3 材料荧光分析

5.4 生物医疗应用

mailto:[email protected]

显微成像光谱仪具有空间分辨率高、光谱分

辨率高的优点，可以在采集光谱数据的同时，可

获取二维空间信息的特点，能够实现对微细样品

进行成像光谱数据获取和分析。

其具有三种成像模式，一为光学成像模式，

等同于常规光学相机，可以对样品进行常规光学

成像；二为光谱模式，可对某一位置处显示其光

谱数据；三为成像光谱模式，可获取某一空间靶

面上所有像元点的光谱数据

1.显微成像光谱仪简介朗晖光电LongRays

高光谱仪与显微镜结合，不但可以细胞级别

目标获得图像，同时可获得目标的光谱信息，形

成数据立方体。


荧光标记的活细胞



1.显微成像光谱仪简介

高光谱分辨率显微高光谱仪高空间分辨率与高灵敏度显微高光谱仪

针对不同的应用，提供高光谱分辨率系列、高空间分辨率系列、高灵敏度系列产

品，并可根据需求定制。已在国内多个大学研究所推广应用。

独有的专利扫描成像技术，具有更高的空间辨率。

波段范围涵盖紫外、可见光和短波红外段，为业界谱段覆盖范围最宽。主要客户：

1.清华大学

2.北京邮电大学

3.北京理工大学

4.中国海洋大学

5.航天二院

6.航天三院

7.航天五院

8.航天八院



技术参数指标说明

波长范围200~400nm

400~1000nm

1000~2500nm

拥有全波段系列解决方案

光谱分辨率 1nm/4nm采用不同的光栅可达不同的光谱分辨率，光谱分辨率最高可达0.9nm

放大倍数 4×/10×/20×/40×/60×/100× 可以选择不同的物镜放大倍数

空间分辨率 1K*1K/512*512/256*256 依据空间分辨率、灵敏度有多种不同探测器可选

成像速度 20秒/15秒/10秒根据不同空间分辨率，成像速度略有不同

扫描机制载物台扫描/像方扫描/联合扫描狭缝体制指光谱仪一次可获取一维光谱数据一维空间数据；同时通过推扫机制可获得另外一维空间数据

照明模式透射/明暗场反射/ 适合各种透明、非透明样品

光源卤素灯、氙灯、钨灯、LED灯、激光

2. 技术指标朗晖光电LongRays



3.硬件朗晖光电LongRays


3.1电控位移台 3.2显微观察相机

3.3光源 3.4显微镜

自主设计的显微镜观察镜筒，可以实现实时观测样品，便于样品调焦，同时可支持不同的相机鑫图相机、Andor、Zyla等黑白彩色相机。电控位移台

装配电控位移台，可轻易实现样品XY方向移动，同时可以实现更大图像拼接。

显微观察相机

可根据客户实际应用需求配备卤素灯、氙灯、钨灯、LED灯、激光等。

激光光源

可支持全系列显微镜：Canon，尼康等，兼容正置和倒置。

显微镜



4. 软件

软件：我们拥有自主研发

的操作软件，支持主流科

学级相机，并具有完善的

光谱数据分析等功能。

软件特点：

减背景采集设置

图像拼接设置

图像颜色显示设置

数据存储方便

图像以及光谱分析方便



4.3支持数据拼接

可支持光谱拼接和图像拼接。

通过光谱拼接可获得目标的任意谱段的数

据。

通过图像拼接可以实现目标的任意靶面大

小的光谱数据获取。光谱拼接

4.1支持多谱段显示

在读取数据时按谱段进行数据载入，同

时具有不同谱段图像显示功能。

4.2支持图像与曲线的相互切换显示

在某谱段灰度图像上选择不同的位置完

成该位置处的光谱曲线显示；

在光谱曲线上选择谱段的位置完成该谱

段处灰度图像的加载。

4. 软件

图像与曲线的相互切换



多谱段显示


4. 软件


4.4观察相机窗口

软件支持显微镜观

察显示，兼容主流科学

级CCD/Cmos，便于操

作员实时辅助观察和记

录影像。

4.5电控位移台控制

软件支持模拟相机

弹出窗口匹配，便于操

作人员实时观测显微镜

图像。



不同颜色代表不同物

质，其对应的光谱曲线

完全不一致。

相同颜色代表同一

物质，其对应的光谱曲

线特性完全一致。

4. 软件



4.6 PCA降维


细胞中的纳米颗粒

在暗场环境下，可对不

同成分和直径的等离子体金

银纳米粒子进行高光谱成像。

右图为显微成像光谱仪拍摄

到金、银等量子点的暗场高

光谱图像。

不同纳米颗粒对应的光谱曲线

等离子体金银纳米粒子显微图像样品的高光谱切片图

5. 应用5.1 量子点材料暗场检测

量子点纳米检测




当器件（芯片、微发光器件）表面出现瑕疵时，其发光特性，对光的吸收、反射光谱特

性也将出现差异。对相机的芯片表面行高光谱成像，可其表面镀膜、芯片缺陷进行评估。

显微镜下相机拍摄50倍CCD图像显微高光谱成像仪扫描50倍CCD芯片高光谱影像

5.2 相机芯片缺陷检测

5. 应用朗晖光电LongRays

正常结构：R:G:B=1:1.64:1.77 ±0.1

划伤：R:G:B=1:1.41:2.08



特征的谱段是460~472nm 发蓝紫光，520~549nm发绿光，596~649nm发红光

Liang Gao，OPN，Optics and Photonics News 2010

5. 应用5.3 材料荧光分析


荧光材料在特性光

源的激发下，不同的波

长下的发光特征有明显

差异，间接反映了材料

的状态。




利用结合在金纳米粒(GNPs)上的白蛋白

(BSA)作为靶向肝细胞的活性载体。体外灌

注肝标本取自与肝细胞癌移植手术技术相似

的肝癌患者。将GNPs结合的白蛋白在动脉

内接种到产生的标本上，并通过毛细管床测

定纳米生物结合物在恶性组织中的特异性递

送。激光治疗后坏死程度较好，同时周围软

组织未受严重影响。体外血管内灌注后BSA

结合GNPs在肿瘤细胞中积累，选择性光热

消融肝脏恶性组织。肝癌纳米PT消融体外实验系统示意图

朗晖光电LongRays5.4 生物医疗应用

5. 应用



用暗场显微镜检测细胞内的金纳米颗粒

利用高光谱成像检测纳米颗粒

采用显微显微成像光谱仪，通过

与暗视野显微镜连接的摄像机，对

BSA-GNPs（白蛋白耦联金纳米粒）肝

内肿瘤进行了检测。使用科学级摄像

机记录高光谱剖面，并用软件比对分

析。


5. 应用5.4 生物医疗应用




暗视野显微镜和高光谱成像

使用暗场显微镜结合高光谱分

析对识别的斑点区域进行分析。如

图所示，金纳米粒子的波长约为

570 nm-590 nm(黄色区域)。动脉内

注射BSA-GNPs (10min, 0.2 ml/s)后，

证实为GNPs的标点结构主要分布

于恶性组织内，以肿瘤核心内为主

(图C)。A.肿瘤周围肝脏健康组织B.肿瘤组织周围区C.肿瘤组织中心区D.恶性肿瘤内点状结构高光谱分析证实为金纳米粒。

利用暗视野显微镜，我们能够

检测到溶酶体和GNPs在恶性细胞

中的定位。







目前的研究的目的是评价尺寸和形状

的实际影响一组金纳米粒子(GNPs)在小鼠

静脉注射后的生物分布。为了这个目标,通

过电感耦合等离子体质谱法获得的定量数

据和由此产生的观测结果组织化学(自动记

录和增强暗场高光谱显微镜)相结合。


增强型暗场显微镜




ICP-MS测定肺中GNP4的结果表明，

经处理的动物体内存在持续且长期的金纳

米颗粒。AMG染色的组织学检查没有显示

任何与特定细胞中GNPs的强聚集相关的信

号。为了克服这一限制，通过在显微高光

谱系统上应用增强暗场高光谱显微镜对相

同的样品进行评估。增强暗视野显微镜显微高光谱拍摄的图片

增强暗场超光谱显微镜参数

光谱分辨率为2.5 nm，波长范围为420 ~ 900 nm，每个样品可获取获取约200个光谱，生成了暴露

样品的光谱库。







放射治疗是治疗癌症的常用方法。细胞周期、

GNPs、放疗联合应用可提高肿瘤治疗效果。同步细

胞和向肿瘤细胞中添加LNP-GNPs可以使细胞杀伤能

力提高1000倍。然而，放射治疗面临的挑战是向肿

瘤细胞提供剂量，同时保留周围的正常组织，而电离

辐射必须通过正常组织。为了克服这一限制，目前正

在研究将金纳米粒子(GNPs)等高原子序数(Z)材料作

为辐射剂量增强剂引入到目前的辐射治疗中，以提高

局部治疗效果。

图中三组金纳米粒子的组合，放射治疗和肿瘤细胞群的同步，以改善癌症治疗的结果。肿瘤细胞在适当阶段的同步化可以提高NP的摄取(a)和对辐射的敏感性(b)，而肿瘤细胞内的GNPs可以提高物理辐射剂量(c)





利用显微高光谱对GNPs成像

为了确定GNPs的光谱，利用显微高光谱成像系统

进行了SAM(光谱角映射)。SAM通过将获取的高光谱

图像中的未知光谱与用户定义的光谱(在这些实验中是

GNP的光谱)进行比较来确定输入图像中是否存在

GNPs。

暗场光学图像和光谱分析

利用增强暗场和高光谱成像技术(HIS)对NPs进行光

学观察和光谱映射。图c, d分别为所选LNP-GNPs对应的

HSI图像中的暗场图像和光谱。






利用显微高光谱对GNPs成像

肿瘤细胞内NPs的内溶酶体通路如图a所示。

NPs的吸收取决于它们的大小。与LNP系统中

加入的相比，单个5 nm GNPs的摄取较低(见图

b)。在本研究中，我们能够使用50个nm直径的

LNPs作为驱动力来传递小的GNPs (5 nm)，并

且观察到摄取增加了39倍。此外，我们能够通

过将5nm GNPs合并到LNPs中来增加它们的生

物相容性。使用增强暗场和高光谱成像(HSI)

对细胞内的NPs进行光学观察和特异性映射。

对应的HSI图像中采集的几个NPs簇的暗场图像和反射率光谱（c、d）






D.等离子体纳米粒子辐照热能消融肿瘤技术

等离子体纳米粒子辐照热能消融肿瘤是一种

较新的肿瘤治疗方法。利用二氧化硅薄膜厚度(或

含量)微调金粒子间的距离，可以很好地控制金纳

米粒子的等离子体耦合，使其光学吸收达到近红

外光谱对人体组织的透光率至关重要。这些纳米

聚集体具有磁共振成像(MRI)功能通过测量它们的

r2相关系数可以看出，它们作为光热剂的有效性

是通过在低通量(4.9 W cm−2)下，用短的4分钟近

红外激光照射(785 nm)杀死人类乳腺癌细胞来证

明的。

纳米颗粒显微图像





显微成像光谱仪在纳米颗粒与人乳腺癌中应用

纳米颗粒(粒间距离x = 2.8 nm)与人乳腺癌

细胞(MDA-MB-231)在Au浓度为0-20 mg L−1的

条件下相互作用。图中显示了暗视野显微镜图

像的纯细胞(a)和10 (b)和孵化20毫克L−1 Au纳米

颗粒(c),连同一致的 (d-f)高光谱图像光谱分类算

法为每个应用程序后的情况。在细胞中检测到

金纳米颗粒的存在，在两种金浓度的高光谱图

像中都显示为亮点(图 e,f)，这证实了纳米颗粒

的吸收。相比之下，仅对照细胞的高光谱图像

(d)没有显示出金纳米颗粒信号。a - c) 暗场图片和d -f)人乳腺癌细胞的高光谱图像。






高光谱显微镜:通过高光谱显微镜观察纳米颗粒细胞的吸收情况。该成像系统基于金纳米粒

子的特性散射特性。用显微成像光谱仪对切片进行成像。该系统由一台奥林巴斯BX53暗高保真

显微镜、一个高分辨率的探测器、一个电动载物台、一个可见/近红外高光谱摄像系统和一个

150瓦卤素光源组成。样品在可见光和近红外波段(400-1000 nm)的衍射光谱记录在图像中的每个

像素处，从而可以对样品内任意位置的散射光进行后续分析。每次高光谱图像采集开始，采集

10幅暗电流图像，并从高光谱图像数据中减去。采用一种光谱分类算法(光谱角映射器)，利用n

维角(等于分析的波长数)将高光谱图像上的像素与分析分散在水中的金纳米颗粒样品获得的参

考库进行匹配。

显微成像光谱仪组成及参数






显微荧光在纳米颗粒与人乳腺癌中应用

a)单独培养的细胞，b)不经任何激光照

射而与20mgL-1 Au/Fe2O3纳米颗粒孵育的细

胞，c)单独用激光照射的细胞，d)与粒子孵

育的细胞(20mgL-1)和激光照射的细胞。辐照

应用于通量(功率单位面积)为4.9 W厘米−14

分钟。温度的增加ΔTmax4分钟的激光辐照

后的玻片也显示。只有在粒子存在的情况下，

细胞才会被激光杀死。比例条在所有图像中

都是相同的。

用活/死染料染色的玻片上乳腺癌细胞的荧光图像(绿色=活的，红色=死的）

朗晖光电LongRays5.4 生物医疗应用

5. 应用



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