——高分辨率、免標記、智能分析，重新定義生物醫學研究與診斷
 

【報告簡介】

在生物醫學研究和眾多科研領域中，精準獲取微觀層面的分子信息對研究進展至關重要。然而，傳統技術的限制讓我們在探索微觀世界時困難重重。您是否在玻璃載玻片上進行紅外光譜分析時，因現有技術局限而困擾？是否期待一種無需標記、卻能獲取白細胞分子級別化學信息和顯微成像的高分辨技術？

本次講座將圍繞德國萊布尼茲光子技術研究所近期突破性成果“無標記顯微光譜成像突破，實現白細胞自動精準分類”展開深入探討。報告不僅會聚焦白細胞（WBCs）在玻片上的無標記成像和光譜分析，展示如何通過新型光學光熱紅外光譜成像技術O-PTIR與自發熒光成像的協同應用，實現極具突破的分辨率與化學信息獲取；還會深入剖析 O-PTIR 在突破傳統紅外光譜技術瓶頸方面的超卓表現，以及其在多領域應用中的巨大潛力。

O-PTIR技術原理圖

 
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【報告時間&主講人】

時間：2025年5月22日（星期四）

• 北京時間：上午10點 – 11點
• 東京時間：上午11點 – 中午12點
• 墨爾本時間：中午12點 – 下午1點

 
主講嘉賓：

• Dr. Christoph Krafft（Leibniz光子技術研究所）
• Dr. Mustafa Kansiz（產品總監，Photothermal Spectroscopy Co）

傳統紅外光譜的瓶頸與O-PTIR的突破

傳統紅外光譜技術受殘余紅外波的限制，空間分辨率通常＞10 μm，難以看清細胞與亞細胞結構的化學細節，且依賴染色或干燥樣本，嚴重限制了其在活細胞研究與臨床診斷中的應用。光學光熱紅外光譜成像技術O-PTIR，憑借量子級聯激光（QCL）與光熱探測技術的融合，一舉突破三大核心壁壘：
1. 亞微米級空間分辨率（＜1 μm），媲美光學顯微鏡，可清晰解析單個細胞器；
2. 免標記、免預處理，直接檢測活細胞或天然樣本，保留生物分子原始狀態；
3. 多模態兼容，支持反射/透射模式、多種基底材料，并同步采集紅外與拉曼光譜。

非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統—mIRage
（光學光熱紅外光譜成像技術O-PTIR）

 
O-PTIR的核心優勢：速度、精度與智能化的出色結合

1. 高速成像，效率倍增

O-PTIR的離散波數成像技術可在單視野（500×500 μm²）內以2 μm/像素分辨率、12分鐘完成雙波數掃描（如下圖），相比傳統FTIR，速度提升10倍以上。對于單細胞精細分析，0.5 μm/像素的高分辨成像僅需數分鐘，滿足高通量研究需求。

基于O-PTIR光譜高分辨成像圖

 
2. 分子指紋精準捕獲，背景干擾一鍵消除

通過二階導數光譜處理（如下圖），O-PTIR可有效抑制玻璃基底等光譜干擾，精準提取核酸（1080 cm⁻¹）、脂質（2854 cm⁻¹）、蛋白質（酰胺-I/II）等關鍵生物標志物。如下圖所示，白細胞的脂質信號（2922 cm⁻¹）顯著高于紅細胞，成為快速識別的核心依據。

未染色白細胞（藍）與紅細胞（紅）的O-PTIR二階導數光譜，顯著區分核酸與脂質特征峰。

 
3. 智能分析，解鎖細胞亞型奧秘

O-PTIR結合無監督層次聚類（HCA）與機器學習算法，可自動分類細胞亞型。研究中，160個白細胞的光譜數據通過HCA分為四類（如下圖），其比例與臨床血涂片結果高度一致，為白血病、感染性疾病的無創分型奠定基礎。未來，結合AI模型（如SVM、隨機森林），可構建標準化光譜數據庫，實現“光譜-形態-功能”多維關聯分析。

基于O-PTIR光譜的層次聚類樹狀圖與各類別平均光，初步實現白細胞亞型區分。

 
從實驗室到臨床：O-PTIR的全場景應用藍圖

科研前沿

• 單細胞病理學：解析感染、癌癥中細胞代謝異常與藥物響應；
• 微生物研究：實時監測活菌代謝與抗生素耐藥性；
• 材料科學：納米藥物載體與生物界面相互作用分析。

 
產業轉化

• 即時診斷（POCT）：無需染色，12分鐘完成血涂片白細胞計數與分型，成本降低50%；
• 癌癥早篩：通過血清或組織切片中的脂質/核酸標記物，實現無創檢測；
• 藥物開發：高通量篩選藥物對細胞膜、線粒體的作用靶點，加速候選分子優化。

 
未來已來：O-PTIR引領精準紅外分析新時代

O-PTIR不僅是一臺儀器，更是跨學科創新的樞紐。其亞細胞級分子成像能力與AI驅動的分析平臺，將推動基礎研究向臨床應用的快速轉化。無論是揭示疾病的分子機制，還是開發下一代智能診斷設備，O-PTIR均為您提供“看見不可見”的終極解決方案。

此外，得益其“光源探針”帶來的原位、無損分析、多模態聯用技術、500 nm級別空間分辨率，O-PTIR在多種研究領域可為研究人員提供先進分析助力。

1.  環境微塑料

微塑料顆粒（~600 nm）的O-PTIR光譜及成像分析
(引自Microscopy Today, 2022, 17, 3, 76-85)

 
2. 高分子材料

1210 cm^-1處采集的PP/PTFE的O-PTIR光譜和顯微圖像
(引自Materials & Design, 211 (2021), 17, 110157)

 
3. 半導體

薄膜晶體管顯示器中污染物的O-PTIR分析

器件表面缺陷的紅外和拉曼光譜同步（同時間、同位置）分析
(引自Microscopy Today, 2020, 28, 3, 26-36)

 
4. 地球化學

無損石油包裹體測試
（引自Analytical chemistry：Molecular Fractionation of Ancient Organic Compounds in Deeply Buried Halite Crystals，doi.org/10.1021/acs.analchem.4c02956）

 
5. 生命科學

腦組織的明場顯微圖像、O-PTIR光譜及成像分析

 
6. 文物鑒定

柯羅19世紀繪畫作品中鋅皂異質性的O-PTIR顯微光譜及成像分析
(引自Anal. Chem. 2022, 94, 7, 3103–3110)

 
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參考文獻
 
[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.

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非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統