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詹求强教授《Nat.Commun.》：在非线性荧光损耗机理及超分辨荧光显微成像领域取得突破性进展

时间：2022-07-04 来源： 浏览：

詹求强教授《Nat.Commun.》：在非线性荧光损耗机理及超分辨荧光显微成像领域取得突破性进展

编辑之谭
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收录于合集 #生物光子学 1个

5月23日，华南先进光电子研究院光及电磁波研究中心詹求强教授课题组 在非线性荧光损耗机理及超分辨荧光显微成像领域取得突破性进展 ：在荧光损耗物理机理上，提出了 受激辐射诱导激发损耗新机理 ，“拔本塞源”式对敏化能级进行损耗，从源头阻断荧光的激发能量，新机理带来的“荧光损耗放大效应”大幅降低了超分辨所需要的激光光强， 在低光强条件下实现了9种不同光谱探针的荧光损耗 。在超分辨成像技术上，由此发展了一种通用性强的基于单对低光强、近红外、连续波激光的多色超分辨显微成像技术，克服了传统多色STED超分辨系统所依赖的多对超快脉冲光束协同工作的复杂系统、高成本、低稳定性等问题。该成果于北京时间5月23日以“ Achieving low-power single-wavelength-pair nanoscopy with NIR-II continuous-wave laser for multi-chromatic probes ”为题在Nature子刊《 Nature Communications 》在线发表。

詹求强教授自2017年起带领研究生探索新机理，最终 以STED原理性缺陷为突破口 ，提出全新机理解决了关键问题。

上转换荧光纳米颗粒 是一种纳米荧光探针，具有近红外激发、反斯托克斯位移大、无背景荧光、发光极其稳定等独特优势。上转换纳米探针通常是一个敏化-发光二元系统，敏化离子负责吸收激发光能量，然后传递给发光离子辐射波长更短的荧光。为解决STED面临的上述难题，詹求强课题组 基于上转换荧光技术 提出了全新的思路： 抑制敏化离子和发光离子间的能量传递过程就可以切断对发光离子的能量补给，让发光离子“无光可发”，即受激辐射诱导激发损耗机理 （Stimulated-emission induced excitation depletion, STExD）。
使用740 nm的激发光和1064 nm的损耗光，在钕掺杂的上转换荧光探针中实现了 高达99.3%的超高损耗效率 ， 损耗饱和光强降低至23.8 kW/cm2 ，比传统STED探针 降低了3个数量级 。分别在镨、铕、铥、铽掺杂的体系中实现了高效的荧光损耗效应，总计实现 9种 不同光谱探针的同时荧光损耗。

以此新机理STExD为基础，课题组发展了一种基于单对低光强、近红外、连续波激光的多色超分辨显微成像技术，分别对钕（黄色），铒（红色），钬（绿色）掺杂的上转换荧光探针实现了不同颜色的超分辨成像，原始图像 分辨率达34 nm ，并进一步 实现了钕、钬掺杂的上转换荧光双色超分辨成像 。通过荧光探针的表面改性和特异性修饰，课题组成功将上转换荧光探针免疫标记到HeLa癌细胞的肌动蛋白纤维，实现了 亚细胞结构的超分辨生物成像 。该工作提出的STExD通用发光损耗策略巧妙地利用了上转换荧光的传能发光特性，为解决传统STED技术的问题、开发新型探针提供了新的方案，为开发低光毒性、深层组织（近红外II区损耗激光）的多色超分辨成像技术奠定了基础，在 突破衍射极限 的 光传感、光遗传学、光刻等 前沿领域也具有广泛的应用前景。
2017级硕士研究生郭鑫、蒲锐（现均为博士研究生）为论文的共同第一作者，课题组2016级黄冰如、2015级吴秋生等硕士生对该课题的实验做出了重要贡献，詹求强教授为论文的独立通讯作者。参与工作的还有课题组其他研究生，同时来自瑞典皇家理工学院（KTH）Jerker Widengren教授、刘海春博士等长期合作者对课题进行了重要讨论和指导。
该研究得到了国家优秀青年科学基金项目、广东省杰出青年科学基金、国家自然科学基金面上项目等经费的支持。
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