記者7月12日從上海理工大學(xué)獲悉，該校科學(xué)家與暨南大學(xué)、新加坡國立大學(xué)的同行們合作，開發(fā)出一種可發(fā)光的鑭系元素納米探針，該探針可用于亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的低功率受激發(fā)射損耗(STED)顯微鏡和深層組織超分辨率成像。相關(guān)成果發(fā)表在《自然·納米技術(shù)》上。

光學(xué)顯微技術(shù)在生物領(lǐng)域中是一個(gè)重要工具，借助這一技術(shù)，研究人員能夠在活體細(xì)胞和組織中獲得各種生物尺度信息。然而，衍射極限限制了傳統(tǒng)光學(xué)成像系統(tǒng)的分辨率，無法對(duì)細(xì)胞內(nèi)納米尺度(1納米等于十億分之一米)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行光學(xué)成像。

STED顯微鏡是獲得2014年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的超分辨熒光顯微技術(shù)，這種技術(shù)能夠?qū)Τ叽鐬榧{米的結(jié)構(gòu)進(jìn)行光學(xué)成像，從而進(jìn)行亞細(xì)胞的研究。近年來，STED顯微鏡技術(shù)取得了巨大進(jìn)步，但在成像過程中仍會(huì)對(duì)生物標(biāo)本深層組織造成光損傷。在STED顯微鏡中，有機(jī)熒光團(tuán)經(jīng)常被用作生物樣品納米探針。然而，它們需要強(qiáng)脈沖照明，這會(huì)引起光毒性、光漂白和自發(fā)熒光。此外，有機(jī)熒光團(tuán)通常在可見光區(qū)工作，會(huì)出現(xiàn)光衰減，從而限制了STED顯微鏡在深層組織研究的應(yīng)用。

而新型探針有望克服這些限制。論文共同第一作者、上海理工大學(xué)教授張啟明表示：“摻雜釹發(fā)射體的納米探針，在近紅外激光照射下發(fā)出下轉(zhuǎn)換發(fā)光。當(dāng)用第二束不同波長的近紅外激光照射納米探針時(shí)，下轉(zhuǎn)換發(fā)光幾乎完全耗盡，所需的光束強(qiáng)度比有機(jī)熒光團(tuán)低100倍。”這項(xiàng)技術(shù)可以在光毒性、光漂白和自發(fā)熒光最小的情況下進(jìn)行深層組織超分辨率光學(xué)成像。新納米探針實(shí)現(xiàn)STED顯微成像的關(guān)鍵是摻雜釹發(fā)射體，這種發(fā)射體具有準(zhǔn)四能級(jí)的能量配置，其較低的激發(fā)能級(jí)在亞穩(wěn)態(tài)，可以在低功率激發(fā)下維持粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。

上海理工大學(xué)顧敏院士說：“這些納米探針有潛力擴(kuò)大STED顯微鏡的應(yīng)用范圍，使用低功率連續(xù)波照射還能降低成像系統(tǒng)的尺寸和成本，促進(jìn)未來小型便攜式STED顯微鏡的發(fā)展，有望使STED顯微鏡在生物醫(yī)學(xué)、超分辨成像領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。”