Jochen Heberle 教授：無標記紅外奈米光譜

一、核心內容摘要

Jochen Heberle 教授介紹結合原子力顯微鏡 (AFM) 與中紅外光譜的無標記紅外奈米光譜 (Label-free IR Nanoscopy)，突破光學繞射極限，可對細胞內部化學組成進行奈米級成像。

二、技術原理與優勢

• 突破繞射極限：傳統紅外光波長約 10 μm；以 AFM 金探針作為近場散射「探針」，可將空間解析度提升至 20–30 nm（優於繞射極限約 200 倍）。
• 無標記 (Label-free)：對比來自共價鍵振動（如蛋白質 Amide I、II 帶），無需螢光標記，可避免樣本損傷與光漂白。
• 三維斷層掃描：將細胞包埋並切成薄片（約 100 nm/片），逐層紅外掃描後重構，可得到細胞化學組成的三維分布。

三、生物應用實例

• 紫膜 (Purple Membranes)：對細菌視紫紅質蛋白層成像，解析度與探針尺寸直接相關。
• 綠藻細胞：辨識核仁、澱粉體、脂質滴與類囊體膜，並以化學特徵標定蛋白質分布（如 RuBisCO）。
• 代謝追蹤：以碳-13 (¹³C) 同位素標記，觀察大腸桿菌細胞內 Amide I 帶頻率偏移，實現單細胞層級代謝活性分析。
• 微管辨識：於振幅影像中辨識直徑約 25 nm 的微管結構。

四、未來展望

Heberle 教授指出未來將朝向提升掃描速度（如高速 AFM）及液態環境下的即時動態成像發展，以研究單分子構型變化。