软质生物组织的纳米级化学成像

在早期应用中，我们曾验证光诱导力显微镜（PiFM）测绘磷酸铁锂（Li in LiXFePO4）中锂浓度分布的能力。该结果与通过X射线吸收光谱（XAS）显微术对同类样品的检测结果在定性层面高度吻合。本篇研究简报重点展示PiFM在经局部外用地塞米松渗透的固定人体皮肤样本中的检测能力，结果同样显示XAS显微术与PiFM之间存在良好相关性，且PiFM具有显著更高的空间分辨率。

将300 nm厚度的制备皮肤切片沉积于氮化硅（Si₃N₄）窗口进行XAS显微分析，随后对同区域进行PiFM检测。根据地塞米松FTIR光谱特征（图1a），分别采集1708 cm⁻¹和1559 cm⁻¹波数的PiFM图像以凸显地塞米松分子（红色）与角质细胞（通过酰胺II带，绿色）；规避使用酰胺I带（1660 cm⁻¹附近）因该波段与地塞米松强吸收峰重叠。PiFM图像经伪色处理（地塞米松红/角质细胞绿）并融合生成双组分化学分布图（图1b上图），与530.2 eV（地塞米松最大吸收能量）处的X射线透射图像（下图）进行对比。从两种成像技术均可观察到药物主要富集于角质层顶部区域（黑色矩形框标注），该结果与Yamamoto等人先前X射线显微研究结论高度吻合[参考文献：K. Yamamoto et al., Eur. J. Pharm. Biopharm. 18, 30 (2017)]。

图2展示了高放大倍率下的PiFM图像及对应形貌图。顶部图像（12 μm×12 μm）在所有成像模式下均清晰显示角质层的分层结构，其底部区域与图1b定义的A区重合。图2c清晰呈现药物在角质层最顶部的富集现象（与图1结论一致）。底部图像序列（3 μm×3 μm）为顶部白色框选区域的放大视图。

图2b’显示角质细胞间隙未检测到酰胺II带信号，极可能源于该区域存在的已知脂质薄层结构。而图2c’表明局部外用药剂已渗透至角质细胞间的脂质薄层并实现部分填充，该现象在图2d’（红绿双通道融合PiFM图像：红色标注地塞米松，绿色标注角质细胞）中更为清晰，该图像经2倍放大以便观察。

凭借超越X射线显微镜的空间分辨率，且无需担忧软组织样本的辐射损伤，PiFM成为获取真实纳米尺度化学与形态学同步信息的理想技术。

样本提供：E. Rühl，柏林自由大学（德国）。