新型可發光納米探針 能實現對深層組織顯微成像

科技日報訊 （董真 記者王春）記者7月12日從上海理工大學獲悉，該校科學家與暨南大學、新加坡國立大學的同行們合作，開發出一種可發光的鑭系元素納米探針，該探針可用於亞細胞結構的低功率受激發射損耗（STED）顯微鏡和深層組織超分辨率成像。相關成果發表在《自然·納米技術》上。

光學顯微技術在生物領域中是一個重要工具，藉助這一技術，研究人員能夠在活體細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光學成像系統的分辨率，無法對細胞內納米尺度（1納米等於十億分之一米）的結構進行光學成像。

STED顯微鏡是獲得2014年諾貝爾化學獎的超分辨熒光顯微技術，這種技術能夠對尺寸為納米的結構進行光學成像，從而進行亞細胞的研究。近年來，STED顯微鏡技術取得了巨大進步，但在成像過程中仍會對生物標本深層組織造成光損傷。在STED顯微鏡中，有機熒光團經常被用作生物樣品納米探針。然而，它們需要強脈衝照明，這會引起光毒性、光漂白和自發熒光。此外，有機熒光團通常在可見光區工作，會出現光衰減，從而限制了STED顯微鏡在深層組織研究的應用。

而新型探針有望克服這些限制。論文共同第一作者、上海理工大學教授張啓明表示：“摻雜釹發射體的納米探針，在近紅外激光照射下發出下轉換髮光。當用第二束不同波長的近紅外激光照射納米探針時，下轉換髮光幾乎完全耗盡，所需的光束強度比有機熒光團低100倍。”這項技術可以在光毒性、光漂白和自發熒光最小的情況下進行深層組織超分辨率光學成像。新納米探針實現STED顯微成像的關鍵是摻雜釹發射體，這種發射體具有準四能級的能量配置，其較低的激發能級在亞穩態，可以在低功率激發下維持粒子數反轉。

上海理工大學顧敏院士説：“這些納米探針有潛力擴大STED顯微鏡的應用範圍，使用低功率連續波照射還能降低成像系統的尺寸和成本，促進未來小型便攜式STED顯微鏡的發展，有望使STED顯微鏡在生物醫學、超分辨成像領域發揮更大的作用。”