《自然》与麦考瑞大学合作在光学超分辨显微领域取得重要突破

上海交通大学 2017.04.1209:22

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近日，国际权威学术期刊《自然》（）发表上海交通大学生命科学与技术学院与澳大利亚麦考瑞大学合作在光学超分辨显微镜领域取得的重要突破“in for super-”和北京大学。 生物医学工程博士生刘宇佳与麦格理大学陆一清博士利用光子雪崩效应对高掺杂稀土上转换纳米颗粒带来的受激发射增强机制，成功实现了光的低受激发射猝灭。 强大的超分辨率结果。 与传统受激发射淬灭超分辨光强相比，该技术成功将淬灭光强降低了2-3个数量级，并使用30mw连续激光器实现了28nm超分辨结果。

光学显微镜因其能够进行活体显微镜检查而广泛应用于现代生物学研究。 然而，由于衍射限制，光学显微镜的分辨率仅限于200 nm左右，无法直接观察细胞内的亚细胞结构。 近20年来，光学超分辨显微技术的出现，有效打破了衍射极限的束缚。 其中，受激辐射猝灭（STED）显微镜因其能够直接、快速地提供超分辨率结果而受到生物研究人员的青睐。 它与另外两项超分辨率技术一起获得了2014年诺贝尔化学奖。 然而，这项技术有一定的缺点。 由于需要高猝灭光强度来限制激发范围，因此很难用于活细胞成像。

在这项工作中，研究人员使用稀土上转换纳米颗粒，并利用其可控掺杂浓度来选择高掺杂纳米颗粒。 高掺杂的激活离子缩短了距离并增加了交叉弛豫率，可以有效地发生光子雪崩，从而更容易诱导受激发射进而荧光猝灭。 然而，低掺杂稀土上转换纳米粒子由于激活离子之间的距离较长，无法有效实现光子雪崩，因此无法有效消除光。 结合稀土上转换纳米粒子的荧光特性和中间能级受激辐射猝灭机制，研究人员在40nm和13nm单粒子样品上均实现了28nm的超高光学分辨率。 同时，由于上转换纳米颗粒是用近红外光激发的，这一发现将帮助它们在深层组织中实现三维超分辨率。

该工作的共同第一作者刘宇佳是上海交通大学生命科学与技术学院与澳大利亚麦考瑞大学物理学院联合培养的博士。 导师为任秋石教授、Jim Piper教授、奚鹏教授、金教授。 共同第一作者陆一清博士来自麦考瑞大学，共同第一作者杨旭三是北京大学工程学院博士生。 该工作得到了澳大利亚ARC基金、国家自然科学基金委和国家科技部重大科学仪器项目的​​资助。

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