We determine the effect of defects induced by ion bombardment on the Raman spectrum of single-layer molybdenum disulfide. The evolution of both the linewidths and frequency shifts of the first-order Raman bands with the density of defects is explained with a phonon confinement model, using density functional theory to calculate the phonon dispersion curves. We identify several defect-induced Raman scattering peaks arising from zone-edge phonon modes. Among these, the most prominent is the $\mathrm{LA}(M)$ peak at $\ensuremath{\sim}227\phantom{\rule{0.16em}{0ex}}\mathrm{c}{\mathrm{m}}^{\ensuremath{-}1}$ and its intensity, relative to the one of first-order Raman bands, is found to be proportional to the density of defects. These results provide a practical route to quantify defects in single-layer $\mathrm{Mo}{\mathrm{S}}_{2}$ using Raman spectroscopy and highlight an analogy between the $\mathrm{LA}(M)$ peak in $\mathrm{Mo}{\mathrm{S}}_{2}$ and the $D$ peak in graphene.

The high spatial resolution of secondary ion mass spectrometry and the high resolving power of the Orbitrap mass spectrometer are combined in a single imaging platform, the 3D OrbiSIMS. The instrument's capabilities for resolving lipids and neurotransmitters in the brain with subcellular spatial resolution, and a drug in a single cell in three dimensions is demonstrated. We report the development of a 3D OrbiSIMS instrument for label-free biomedical imaging. It combines the high spatial resolution of secondary ion mass spectrometry (SIMS; under 200 nm for inorganic species and under 2 μm for biomolecules) with the high mass-resolving power of an Orbitrap (>240,000 at m/z 200). This allows exogenous and endogenous metabolites to be visualized in 3D with subcellular resolution. We imaged the distribution of neurotransmitters—gamma-aminobutyric acid, dopamine and serotonin—with high spectroscopic confidence in the mouse hippocampus. We also putatively annotated and mapped the subcellular localization of 29 sulfoglycosphingolipids and 45 glycerophospholipids, and we confirmed lipid identities with tandem mass spectrometry. We demonstrated single-cell metabolomic profiling using rat alveolar macrophage cells incubated with different concentrations of the drug amiodarone, and we observed that the upregulation of phospholipid species and cholesterol is correlated with the accumulation of amiodarone.

Abstract Viral infections are a serious health challenge, and the COVID-19 pandemic has increased the demand for antiviral measures and treatments for clean surfaces, especially in public places. Here, we review a range of natural and synthetic surface materials and coatings with antiviral properties, including metals, polymers and biopolymers, graphene and antimicrobial peptides, and their underpinning antiviral mechanisms. We also discuss the physico-chemical properties of surfaces which influence virus attachment and persistence on surfaces. Finally, an overview is given of the current practices and applications of antiviral and virucidal materials and coatings in consumer products, personal protective equipment, healthcare and public settings.

Artificial sweeteners are used as calorie-free sugar substitutes in many food products and their consumption has increased substantially over the past years1. Although generally regarded as safe, some concerns have been raised about the long-term safety of the consumption of certain sweeteners2-5. In this study, we show that the intake of high doses of sucralose in mice results in immunomodulatory effects by limiting T cell proliferation and T cell differentiation. Mechanistically, sucralose affects the membrane order of T cells, accompanied by a reduced efficiency of T cell receptor signalling and intracellular calcium mobilization. Mice given sucralose show decreased CD8+ T cell antigen-specific responses in subcutaneous cancer models and bacterial infection models, and reduced T cell function in models of T cell-mediated autoimmunity. Overall, these findings suggest that a high intake of sucralose can dampen T cell-mediated responses, an effect that could be used in therapy to mitigate T cell-dependent autoimmune disorders.

Abstract High dimensionality omics and hyperspectral imaging datasets present difficult challenges for feature extraction and data mining due to huge numbers of features that cannot be simultaneously examined. The sample numbers and variables of these methods are constantly growing as new technologies are developed, and computational analysis needs to evolve to keep up with growing demand. Current state of the art algorithms can handle some routine datasets but struggle when datasets grow above a certain size. We present a training deep learning via neural networks on non-linear dimensionality reduction, in particular t-distributed stochastic neighbour embedding (t-SNE), to overcome prior limitations of these methods. One Sentence Summary Analysis of prohibitively large datasets by combining deep learning via neural networks with non-linear dimensionality reduction.

We describe a method for label-free molecular imaging of biological materials, preserved in a native state, by using an OrbiSIMS instrument equipped with cryogenic sample handling and developing a high-pressure freezing protocol compatible with mass spectrometry. We studied the 3D distribution of quorum sensing signalling molecules, nucleobases and bacterial membrane molecules, in a mature Pseudomonas aeruginosa biofilm, with high spatial-resolution and high mass-resolution.

Understanding tumor heterogeneity is a major challenge that was recognized as one of the first Cancer Grand Challenges, with a call to provide solutions to visualize tumor heterogeneity. The Rosetta team took on this challenge, exploiting advances in spatial-omics approaches centered around mass spectrometry imaging to map tumor heterogeneity at the cellular and molecular scales with different levels of resolution. See related article by Bressan et al., p. 16 See related article by Stratton et al., p. 22 See related article by Bhattacharjee et al., p. 28.

OrbiSIMS is a recently developed instrument for label-free imaging of chemicals with micron spatial resolution and high mass resolution. Here we report a cryogenic workflow for OrbiSIMS (Cryo-OrbiSIMS) that improves chemical detection of lipids and other biomolecules in tissues. Cryo-OrbiSIMS decreases ion-beam induced fragmentation, allowing large molecules such as triglycerides to be more reliably identified. It also increases chemical coverage to include biomolecules with intermediate or high vapor pressures, such as free fatty acids and semi-volatile organic compounds (SVOCs). We find that Cryo-OrbiSIMS reveals the hitherto unknown localization patterns of SVOCs with high spatial and chemical resolution in diverse plant, animal and human tissues. We also show that Cryo-OrbiSIMS can be combined with genetic analysis to identify enzymes regulating SVOC metabolism. Cryo-OrbiSIMS is applicable to high resolution imaging of a wide variety of non-volatile and semi-volatile molecules across many areas of biomedicine.

Abstract Mycobacterium abscessus , an inherently drug-resistant, opportunistic, nontuberculous mycobacterium (NTM) predominantly causes pulmonary infections in immunocompromised patients, notably those with cystic fibrosis. M. abscessus subspecies display distinct colony morphologies (rough and smooth), with the prevalent view that M. abscessus (smooth) is a persistent, biofilm-forming phenotype, whilst M. abscessus (rough) is unable to form biofilms. Biofilm formation contributes to persistent infections and exhibits increased antibiotic resistance. We used the chemical mapping technique, nanoscale secondary ion spectrometry (NanoSIMS), to investigate if variations in the biofilm morphology and antibiotic penetration account for the antibiotic susceptibility amongst M. abscessus subspecies, contributing to increased antimicrobial resistance (AMR) and potentially explaining the protracted treatment duration. The susceptibility to bedaquiline (BDQ) of M. abscessus grown as planktonic bacilli and biofilms was measured. The minimum biofilm eradication concentration (MBEC) of BDQ was 8-16 times higher (2-4µg/ml) compared with the minimum inhibitory concentration (MIC) (0.25µg/ml), indicating reduced efficacy against biofilms. Correlative imaging with electron microscopy revealed that M. abscessus (irrespective of the colony morphotype) formed biofilms and that BDQ treatment influenced biofilm morphology. We determined that M. abscessus morphotypes exhibit differential uptake of the antibiotic BDQ in biofilms. M. abscessus subsp. abscessus (smooth) biofilms exhibited the least uptake of BDQ, whereas M. abscessus subsp. bolletii biofilms showed the greatest antibiotic penetration. NanoSIMS analysis revealed no correlation between antibiotic penetration and drug efficacy within the biofilm. This challenges the previous assumption linking biofilm architecture to drug efficacy. Investigating other biofilm characteristics like antibiotic persistence could lead to enhanced treatment approaches. Significance Statement Mycobacterium abscessus is an increasingly prevalent pathogen, most often causing lung infections in immunocompromised individuals. Their distinct morphotypes and biofilm-forming capabilities contribute to persistent infections, rendering them challenging to treat with increased antibiotic resistance. This research demonstrates that the antibiotic, bedaquiline exhibits significantly reduced efficacy against M. abscessus growing as a biofilm compared to planktonic growth, but that the efficiency of antibiotic penetration was not the main explanation for the different susceptibilities of MABC biofilms to treatment.