技术线上论坛丨未来已来：白细胞无标记化学分析和成像——光学光热红外光谱成像技术来 “破局”
发布日期：2025-05-14
——高分辨率、免标记、智能分析，重新定义生物医学研究与诊断
【报告简介】
在生物医学研究和众多科研领域中，精准获取微观层面的分子信息对研究进展至关重要。然而，传统技术的限制让我们在探索微观世界时困难重重。您是否在玻璃载玻片上进行红外光谱分析时，因现有技术局限而困扰？是否期待一种无需标记、却能获取白细胞分子级别化学信息和显微成像的高分辨技术？
本次讲座将围绕德国莱布尼兹光子技术研究所近期突破性成果“无标记显微光谱成像突破，实现白细胞自动精准分类”展开深入探讨。报告不仅会聚焦白细胞（WBCs）在玻片上的无标记成像和光谱分析，展示如何通过新型光学光热红外光谱成像技术O-PTIR与自发荧光成像的协同应用，实现极具突破的分辨率与化学信息获取；还会深入剖析 O-PTIR 在突破传统红外光谱技术瓶颈方面的超卓表现，以及其在多领域应用中的巨大潜力。
O-PTIR技术原理图
【报名入口】
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【报告时间&主讲人】
时间：2025年5月22日（星期四）
北京时间：上午10点 – 11点
东京时间：上午11点 – 中午12点
墨尔本时间：中午12点 – 下午1点
主讲嘉宾：
Dr. Christoph Krafft（Leibniz光子技术研究所）
Dr. Mustafa Kansiz（产品总监，Photothermal Spectroscopy Co）
传统红外光谱的瓶颈与O-PTIR的突破
传统红外光谱技术受残余红外波的限制，空间分辨率通常＞10 μm，难以看清细胞与亚细胞结构的化学细节，且依赖染色或干燥样本，严重限制了其在活细胞研究与临床诊断中的应用。光学光热红外光谱成像技术O-PTIR，凭借量子级联激光（QCL）与光热探测技术的融合，一举突破三大核心壁垒：
1. 亚微米级空间分辨率（＜1 μm），媲美光学显微镜，可清晰解析单个细胞器；
2. 免标记、免预处理，直接检测活细胞或天然样本，保留生物分子原始状态；
3. 多模态兼容，支持反射/透射模式、多种基底材料，并同步采集红外与拉曼光谱。
非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统—mIRage
（光学光热红外光谱成像技术O-PTIR）
O-PTIR的核心优势：速度、精度与智能化的出色结合
1. 高速成像，效率倍增
O-PTIR的离散波数成像技术可在单视野（500×500 μm²）内以2 μm/像素分辨率、12分钟完成双波数扫描（如下图），相比传统FTIR，速度提升10倍以上。对于单细胞精细分析，0.5 μm/像素的高分辨成像仅需数分钟，满足高通量研究需求。
基于O-PTIR光谱高分辨成像图
2. 分子指纹精准捕获，背景干扰一键消除
通过二阶导数光谱处理（如下图），O-PTIR可有效抑制玻璃基底等光谱干扰，精准提取核酸（1080 cm⁻¹）、脂质（2854 cm⁻¹）、蛋白质（酰胺-I/II）等关键生物标志物。如下图所示，白细胞的脂质信号（2922 cm⁻¹）显著高于红细胞，成为快速识别的核心依据。
未染色白细胞（蓝）与红细胞（红）的O-PTIR二阶导数光谱，显著区分核酸与脂质特征峰。
3. 智能分析，解锁细胞亚型奥秘
O-PTIR结合无监督层次聚类（HCA）与机器学习算法，可自动分类细胞亚型。研究中，160个白细胞的光谱数据通过HCA分为四类（如下图），其比例与临床血涂片结果高度一致，为白血病、感染性疾病的无创分型奠定基础。未来，结合AI模型（如SVM、随机森林），可构建标准化光谱数据库，实现“光谱-形态-功能”多维关联分析。
基于O-PTIR光谱的层次聚类树状图与各类别平均光，初步实现白细胞亚型区分。
从实验室到临床：O-PTIR的全场景应用蓝图
科研前沿
单细胞病理学：解析感染、癌症中细胞代谢异常与药物响应；
微生物研究：实时监测活菌代谢与抗生素耐药性；
材料科学：纳米药物载体与生物界面相互作用分析。
产业转化
即时诊断（POCT）：无需染色，12分钟完成血涂片白细胞计数与分型，成本降低50%；
癌症早筛：通过血清或组织切片中的脂质/核酸标记物，实现无创检测；
药物开发：高通量筛选药物对细胞膜、线粒体的作用靶点，加速候选分子优化。
未来已来：O-PTIR引领精准红外分析新时代
O-PTIR不仅是一台仪器，更是跨学科创新的枢纽。其亚细胞级分子成像能力与AI驱动的分析平台，将推动基础研究向临床应用的快速转化。无论是揭示疾病的分子机制，还是开发下一代智能诊断设备，O-PTIR均为您提供“看见不可见”的终极解决方案。
此外，得益其“光源探针”带来的原位、无损分析、多模态联用技术、500 nm级别空间分辨率，O-PTIR在多种研究领域可为研究人员提供先进分析助力。
1. 环境微塑料
微塑料颗粒（~600 nm）的O-PTIR光谱及成像分析
(引自Microscopy Today, 2022, 17, 3, 76-85)
2. 高分子材料
1210 cm-1处采集的PP/PTFE的O-PTIR光谱和显微图像
(引自Materials & Design, 211 (2021), 17, 110157)
3. 半导体
薄膜晶体管显示器中污染物的O-PTIR分析
器件表面缺陷的红外和拉曼光谱同步（同时间、同位置）分析
(引自Microscopy Today, 2020, 28, 3, 26-36)
4. 地球化学
无损石油包裹体测试
（引自Analytical chemistry：Molecular Fractionation of Ancient Organic Compounds in Deeply Buried Halite Crystals，doi.org/10.1021/acs.analchem.4c02956）
5. 生命科学
脑组织的明场显微图像、O-PTIR光谱及成像分析
6. 文物鉴定
柯罗19世纪绘画作品中锌皂异质性的O-PTIR显微光谱及成像分析
(引自Anal. Chem. 2022, 94, 7, 3103–3110)
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参考文献
[1]. Shravan Raghunathan, Susann Piehler, Julia Kunze, Michael Kiehntopf, Jürgen Popp, Christoph Krafft, "Correlated micro-spectroscopic labelling and analysis of leukocytes," Proc. SPIE 13298, Photonic Diagnosis, Monitoring, Prevention, and Treatment of Infections and Inflammatory Diseases 2025, 1329805 (19 March 2025); https://doi.org/10.1117/12.3042359.
