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Review on near-field detection technology in the biomedical field

领域(数学) 近场扫描光学显微镜 光学显微镜 纳米技术 显微镜 红外显微镜 材料科学 分辨率(逻辑) 过程(计算) 光学 计算机科学 物理 扫描电子显微镜 人工智能 数学 操作系统 复合材料 纯数学
作者
Xitian Hu,Zhou Li,Xu Wu,Yan Peng
标识
DOI:10.1117/1.apn.2.4.044002
摘要

We review the recent biomedical detection developments of scanning near-field optical microscopy (SNOM), focusing on scattering-type SNOM, atomic force microscope-based infrared spectroscopy, peak force infrared microscopy, and photo-induced force microscopy, which have the advantages of label-free, noninvasive, and specific spectral recognition. Considering the high water content of biological samples and the strong absorption of water by infrared waves, we divide the relevant research on these techniques into two categories: one based on a nonliquid environment and the other based on a liquid environment. In the nonliquid environment, the chemical composition and structural information of biomedical samples can be obtained with nanometer resolution. In the liquid environment, these techniques can be used to monitor the dynamic chemical reaction process and track the process of chemical composition and structural change of single molecules, which is conducive to exploring the development mechanism of physiological processes. We elaborate their experimental challenges, technical means, and actual cases for three microbiomedical samples (including biomacromolecules, cells, and tissues). We also discuss the prospects and challenges for their development. Our work lays a foundation for the rational design and efficient use of near-field optical microscopy to explore the characteristics of microscopic biology.
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