Mikroskopia optyczna służy do obserwacji mikrostruktur próbek. Obrazowanie optyczne jest szybkie, mniej inwazyjne i mniej destrukcyjne niż inne technologie1. Obrazowanie żywych komórek za pomocą mikroskopii optycznej zostało opracowane w celu uchwycenia dynamiki hodowanych żywych komórek w długim okresie czasu2. Różne rodzaje kontrastów optycznych dostarczają wyraźnych informacji o próbkach biologicznych. Na przykład optyczna mikroskopia fazowa pokazuje subtelną różnicę we współczynnikach załamania światła w próbce3. Mikroskopia fluorescencyjna jest szeroko stosowana do obrazowania określonych biomolekuł lub organelli komórkowych. Jednak szerokopasmowe widma wzbudzenia i emisji fluorescencji zwykle powodują nakładanie się widm, gdy wykonywane jest obrazowanie wielokolorowe4. Cząsteczki fluorescencyjne są wrażliwe na światło i mogą być wybielane po długotrwałej, okresowej ekspozycji na światło. Ponadto znakowanie fluorescencyjne może zmienić biodystrybucję cząsteczek w komórkach5. Mikroskopia SRS to bezznacznikowa technologia obrazowania chemicznego6. Kontrast SRS opiera się na przejściu wibracyjnym określonych wiązań chemicznych. Częstotliwość drgań wiązania chemicznego często wykazuje wąską szerokość pasma spektralnego, co umożliwia obrazowanie wielu pasm Ramana w tych samych próbkach7. Mikroskopia SRS to unikalne narzędzie do obrazowania żywych komórek, zapewniające wiele kontrastów chemicznych w sposób bezznacznikowy8.
Podczas gdy obrazowanie SRS niebarwionych komórek było używane w wielu badaniach, długoterminowe obrazowanie poklatkowe SRS żywych komórek nie zostało powszechnie przyjęte. Jednym z powodów jest to, że komercyjne komory otwarte nie mogą być bezpośrednio używane do obrazowania SRS ze względu na ich dużą grubość9,10,11,12. Te komory ze szklaną pokrywą są w większości przeznaczone do obrazowania w jasnym polu lub fluorescencji przy użyciu pojedynczego obiektywu o wysokiej wartości NA ze schematem wykrywania wstecznego. Jednak obrazowanie SRS preferuje transmisję detekcji przy użyciu zarówno obiektywu o wysokim NA, jak i kondensatora o wysokim NA, co pozostawia tylko bardzo krótki odstęp (zwykle kilka milimetrów) między obiektywem a kondensatorem. Aby przezwyciężyć ten problem, zaprojektowaliśmy elastyczną komorę z miękkiego materiału, aby umożliwić poklatkowe obrazowanie SRS żywych komórek przy użyciu pionowej ramy mikroskopu. W tej konstrukcji obiektyw zanurzający się w wodzie został zamknięty w miękkiej komorze i może swobodnie poruszać się w trzech wymiarach w celu ustawiania ostrości i obrazowania.
Optymalna temperatura do hodowli większości komórek ssaków wynosi 37 °C, podczas gdy temperatura w pomieszczeniu jest zawsze o 10° niższa. Temperatura wyższa lub niższa niż 37 °C ma dramatyczny wpływ na tempo wzrostu komórek13. Dlatego w systemie obrazowania żywych komórek wymagana jest kontrola temperatury środowiska hodowli komórkowej. Wiadomo, że niestabilność temperatury prowadzi do problemów z rozmyciem podczas długotrwałego obrazowania14. Aby osiągnąć stabilne środowisko o temperaturze 37 °C, zbudowaliśmy dużą komorę obudowy, która zakrywa całą ramę mikroskopu, w tym warstwę izolacji termicznej pod mikroskopem (Rysunek 1). W dużej komorze do kontroli temperatury, mała elastyczna komora pomaga dokładnie utrzymać fizjologiczną wilgotność i pH poprzez regulowany przepływ powietrza uzupełniony 5% CO2 (Rysunek 2). Temperatura i wilgotność komór zostały zmierzone w celu potwierdzenia, że konstrukcja dwukomorowa zapewnia optymalne warunki do hodowli komórek dla wzrostu komórek w długotrwałym, okresowym obrazowaniu SRS (Rysunek 3). Następnie zademonstrowaliśmy zastosowanie systemu do obrazowania poklatkowego i śledzenia kropelek lipidów (LD) w komórkach nowotworowych SKOV3 ( Rysunek 4, Rysunek 5 i Rysunek 6).