曾宏波院士新成果！亚微米光学显微红外助力仿生工程蛋白涂层抗生物污染研究

植入式医疗器械（IMD）已广泛应用于诊断、治疗、器官修复等生物医学领域。但是，科学家和医疗工作者发现植入式医疗设备在长期使用过程中，蛋白质、酶和代谢物等物质会不可逆地附着在其工作表面，逐步破坏IMD的电化学和生物学特性，导致植入设备的故障及患者的严重感染。目前，在植入式医疗器械设备表面构建防污涂层被认为是解决该问题直接且有效的方法。

      近期，曾宏波院士团队受 “藤蔓刺"结构的启发，将BSA@PSBMA涂层涂覆在IMD表面，并通过超高分辨的非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统—mIRage对其表面生物污垢（例如生物流体中的蛋白、酶、代谢物等）的吸附情况进行测量观察，以验证BSA@PSBMA涂层的防生物污染效果。文章以《Bionic engineered protein coating boosting anti-biofouling in complex biological fluid》为题，发表在 Advanced Materials上^[1]。

非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统—mIRage是基于光学光热红外光谱(O-PTIR)技术，采用非接触式测量模式，将可见光与红外光耦合实现红外光谱的采集，如图1.b所示。作者利用500 nm超高空间分辨率mIRage系统，根据其红外特征峰精确定位污垢，对牛奶、脂质、CHO细胞和牛血清中的污染情况进行单波长显微红外化学成像，并进行了横向对比。图1.c表明，除了天然BSA涂层表面粘附较少脂质外,所有底物表面都附着了大量的污垢，而所有生物流体中BSA@PSBMA-涂层表面的污垢几乎为零。随后，作者将生物污垢在裸露的基质表面上的平均覆盖率进行了量化，如图1.d所示。结果表明，BSA@PSBMA涂层表面的生物污垢显著减少，有效验证了BSA@PSBMA具备优异的防生物污垢性能。

图1. 大块污垢实验过程中涂层的防污性能

      非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统—mIRage是由美国PSC公司研发的，采用特殊的光热诱导共振（PTIR）技术，突破了传统红外的光学衍射极限，其空间分辨率可达亚微米级，可以帮助科研人员更全面地了解亚微米尺度下样品表面微小区域的化学信息。

mIRage设备优势：

显微红外空间分辨率高达500 nm；

使用可见光作为光学感应探测信号，不接触样品，对样品无任何交叉污染风险；

非接触式测量模式，避免了生物细胞样品的损伤风险；

对样品制备无特殊要求，可测试粉末/薄膜/粘性/粗糙/纤维/软物质/液相样品；

实时实现红外和拉曼光谱同时同位点相同分辨率的测量，提供可相互印证的光谱信息。

红外和荧光功能联用，实现荧光定位和红外成分分析的互补表征。

图2. 光学光热红外光谱技术原理

      mIRage系统为生物学中复杂样品中的蛋白质和细胞组分进行红外光谱分析提供了新的测量方法，为显微红外在生物领域的应用提供了更加便捷的表征途径。

图3. mIRage、mIRage*-R、mIRage*-LS设备图

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参考文献

[1]. Ziqian Zhao, Mingfei Pan, Chenyu Qiao, Li Xiang, Xiong Liu, Wenshuai Yang, Xing-Zhen Chen, Hongbo Zeng. Bionic engineered protein coating boosting anti-biofouling in complex biological fluids, Advanced Materials（2022）.

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