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新型纳米探针有潜力扩大STED显微镜的应用范围

2021-07-14 09:53:58    出处:科技日报

记者7月12日从上海理工大学获悉,该校科学家与暨南大学、新加坡国立大学的同行们合作,开发出一种可发光的镧系元素纳米探针,该探针可用于亚细胞结构的低功率受激发射损耗(STED)显微镜和深层组织超分辨率成像。相关成果发表在《自然·纳米技术》上。

光学显微技术在生物领域中是一个重要工具,借助这一技术,研究人员能够在活体细胞和组织中获得各种生物尺度信息。然而,衍射极限限制了传统光学成像系统的分辨率,无法对细胞内纳米尺度(1纳米等于十亿分之一米)的结构进行光学成像。

STED显微镜是获得2014年诺贝尔化学奖的超分辨荧光显微技术,这种技术能够对尺寸为纳米的结构进行光学成像,从而进行亚细胞的研究。年来,STED显微镜技术取得了巨大进步,但在成像过程中仍会对生物标本深层组织造成光损伤。在STED显微镜中,有机荧光团经常被用作生物样品纳米探针。然而,它们需要强脉冲照明,这会引起光毒、光漂白和自发荧光。此外,有机荧光团通常在可见光区工作,会出现光衰减,从而限制了STED显微镜在深层组织研究的应用。

而新型探针有望克服这些限制。论文共同第一作者、上海理工大学教授张启明表示:“掺杂钕发射体的纳米探针,在红外激光照射下发出下转换发光。当用第二束不同波长的红外激光照射纳米探针时,下转换发光几乎完全耗尽,所需的光束强度比有机荧光团低100倍。”这项技术可以在光毒、光漂白和自发荧光最小的情况下进行深层组织超分辨率光学成像。新纳米探针实现STED显微成像的关键是掺杂钕发射体,这种发射体具有准四能级的能量配置,其较低的激发能级在亚稳态,可以在低功率激发下维持粒子数反转。

上海理工大学顾敏院士说:“这些纳米探针有潜力扩大STED显微镜的应用范围,使用低功率连续波照射还能降低成像系统的尺寸和成本,促进未来小型便携式STED显微镜的发展,有望使STED显微镜在生物医学、超分辨成像领域发挥更大的作用。”(董真记者王春)

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