高靈敏度VAHEAT顯微溫度控制器在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

在處理生物樣本時，大多數(shù)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(tǒng)的加熱儀器在對樣品加熱時熱平衡的建立緩慢，容易產(chǎn)生溫度梯度，并對成像分辨率造成影響，因而需要購買物鏡加熱器等多個設(shè)備以實現(xiàn)穩(wěn)定的熱平衡狀態(tài)以及減小對成像分辨率的影響，為實驗帶來諸多不便。

基于以上問題，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現(xiàn)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(tǒng)的溫度加熱儀器相比，VAHEAT顯微溫度控制器具有結(jié)構(gòu)緊湊、與各類顯微鏡兼容、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脂制成的，符合大多數(shù)細胞的培養(yǎng)。

圖 1：VAHEAT顯微溫度控制器無需進一步修改即可安裝在顯微鏡上

圖 2：a) VAHEAT 組件。該設(shè)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(shè)置為 60°C 時，Smart 基板的熱圖像顯示整個區(qū)域均勻加熱

目前VAHEAT溫度控制器以實現(xiàn)了在活細胞成像、DNA結(jié)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(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用：

(1)在活細胞成像的應(yīng)用：VAHEAT實現(xiàn)了在生物成像過程中精確的溫度控制，研究了細胞對溫度響應(yīng)的行為過程，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(jié)合和解離行為的研究：雙鏈 DNA 的熔點在 60°C 到 90°C 之間，具體取決于序列和鏈長度。使用VAHEAT可實現(xiàn)傳統(tǒng)加熱臺無法實現(xiàn)升至高于解離熔點的 DNA 動力學(xué)研究。

(3)生物大分子相分離的應(yīng)用：相分離與生物信號的傳導(dǎo)、基因的表達、細胞物質(zhì)運輸?shù)壬鼨C制有重要關(guān)系。其中，在蛋白表達這一過程中，相分離的發(fā)生除了與蛋白本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)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)。可靠的溫度控制和精確的讀數(shù)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(yīng)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)實驗嚴重依賴于對環(huán)境條件的精確控制，例如對突觸功能、其可塑性以及動作電位傳播的研究。VAHEAT可以實現(xiàn)在設(shè)定的溫度下進行熒光標記實驗以及膜片鉗實驗，而無需復(fù)雜笨重的孵化室。

圖 3：使用 VAHEAT 對空間限制下 60°C 和 70°C 生長的嗜熱細菌進行成像

圖 4：使用 VAHEAT研究減數(shù)分裂過程中的染色體分離（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 的實驗室用 DNA 折紙構(gòu)建的大分子運輸系統(tǒng)）

圖 6：使用 VAHEAT 表征金納米粒子擴散常數(shù)的溫度依賴性

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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(xiàn)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(tǒng)顯微鏡的附加產(chǎn)品，實現(xiàn)了在擴展溫度范圍內(nèi)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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