化工儀器網(wǎng)手機(jī)版
移動端訪問更便捷
今日焦點(diǎn) Today's Focus
查看更多+-
干貨滿滿！“紅外熱像技術(shù)在石化行業(yè)氣體檢測中的創(chuàng)新與應(yīng)用”線上會議報(bào)名開啟
2025年5月28日14:00，化工儀器網(wǎng)聯(lián)合燧石技術(shù)([詳細(xì)]
最新產(chǎn)品 Latest productS
查看更多+
新型化學(xué)顯微鏡在浙大問世 成果登《自然》封面
2021年08月23日 11:51:30
來源：浙江大學(xué) 點(diǎn)擊量：6063
近期，浙江大學(xué)化學(xué)系馮建東研究員團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種直接可以對溶液中單分子化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行成像的顯微鏡技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)了超高時(shí)空分辨成像，該技術(shù)在化學(xué)成像和生物成像領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】化學(xué)創(chuàng)造著千變?nèi)f化的物質(zhì)世界，在這其中每一個(gè)單分子起到基本的作用。傳統(tǒng)化學(xué)和生物學(xué)研究大量分子參與的反應(yīng)和變化。著名物理學(xué)家埃爾溫·薛定諤曾評論過：“我們從來沒有用一個(gè)單電子、單原子或單分子做過實(shí)驗(yàn)。我們假設(shè)我們可以在思想實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)，但是這會導(dǎo)致非?？尚Φ暮蠊?。”觀察、操縱和測量最為微觀的單分子化學(xué)反應(yīng)是科學(xué)家面臨的一個(gè)長久科學(xué)挑戰(zhàn)。
針對這一挑戰(zhàn)，浙江大學(xué)化學(xué)系馮建東研究員致力于發(fā)展跨學(xué)科的單分子測量方法和儀器，實(shí)現(xiàn)多維度的溶液體系單分子物理和化學(xué)過程觀測、新現(xiàn)象研究和應(yīng)用建立。近期，其團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種直接可以對溶液中單分子化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行成像的顯微鏡技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)了超高時(shí)空分辨成像。該技術(shù)在化學(xué)成像和生物成像領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值，允許看到更清晰的微觀結(jié)構(gòu)和細(xì)胞圖像.
北京時(shí)間8月11日，這項(xiàng)研究成果作為封面論文刊登在國際頂級期刊《自然》。論文第一作者：浙江大學(xué)化學(xué)系博士生董金潤和博士后盧禹先；論文通訊作者：浙江大學(xué)化學(xué)系馮建東研究員。
浙大團(tuán)隊(duì)的研究對象是電致化學(xué)發(fā)光反應(yīng)。電致化學(xué)發(fā)光是利用電極表面發(fā)生的一系列化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)發(fā)光的形式。相比于傳統(tǒng)的熒光成像技術(shù)，由于不需要光激發(fā)，電致化學(xué)發(fā)光幾乎沒有背景，是目前對于靈敏度有著很高要求的體外免疫診斷領(lǐng)域的重要手段，其在成像分析等方向也具有一定價(jià)值。目前，電致化學(xué)發(fā)光存在兩個(gè)重要的科學(xué)問題，其一是微弱乃至單分子水平電致化學(xué)發(fā)光信號的測量和成像，這對于單分子檢測非常重要。其二是在電致化學(xué)發(fā)光成像領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破光學(xué)衍射極限的超高時(shí)空分辨率成像，即超分辨電致化學(xué)發(fā)光成像，這一點(diǎn)對化學(xué)和生物成像具有重要意義。
3年來，馮建東團(tuán)隊(duì)致力于這兩大難題的研究，通過聯(lián)用自制的具有皮安水平電流檢出能力的電化學(xué)測量系統(tǒng)以及寬場超分辨光學(xué)顯微鏡，搭建了一套高效的電致化學(xué)發(fā)光控制、測量和成像系統(tǒng)。首次實(shí)現(xiàn)了單分子電致化學(xué)發(fā)光信號的寬場空間成像；并在此基礎(chǔ)上成功突破了光學(xué)衍射極限，第一次實(shí)現(xiàn)了電致化學(xué)發(fā)光的超分辨成像。這項(xiàng)單分子電致化學(xué)發(fā)光顯微鏡技術(shù)不需要光激發(fā)即可實(shí)現(xiàn)單分子超分辨成像，有望影響化學(xué)測量和生物成像領(lǐng)域的應(yīng)用。
在時(shí)空隔離中達(dá)到單分子反應(yīng)測量極限
教科書上的化學(xué)反應(yīng)都是以單分子形式進(jìn)行概念描述，但傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中得到卻是大量分子的平均結(jié)果。單分子實(shí)驗(yàn)是從本質(zhì)出發(fā)解決許多基礎(chǔ)科學(xué)問題的重要途徑之一，是研究方法的質(zhì)變。這也是化學(xué)測量學(xué)面臨的一個(gè)極限挑戰(zhàn)。
電致化學(xué)發(fā)光過程中，為什么難以開展單分子信號的捕捉呢？這主要是因?yàn)閱畏肿臃磻?yīng)控制難、追蹤難、檢測難。馮建東介紹：“單分子化學(xué)反應(yīng)伴隨的光、電、磁信號變化非常微弱，而且化學(xué)反應(yīng)過程和位置具有隨機(jī)性，很難控制和追蹤。”
單分子電致化學(xué)發(fā)光信號的時(shí)空隔離和隨機(jī)性
為此，浙大科研人員搭建了靈敏的探測系統(tǒng)，將電壓施加、電流測量、光學(xué)成像同步起來，通過時(shí)空孤立“捕捉”到了單分子反應(yīng)后產(chǎn)生的發(fā)光信號。“具體從空間上通過不斷稀釋，控制溶液中的分子濃度實(shí)現(xiàn)單分子空間隔離。時(shí)間上，通過快速照片采集，最高在1秒內(nèi)拍攝1300張，消除鄰近分子間的相互干擾。”博士生董金潤介紹到。
利用這套光電控制和測量平臺，浙大科研團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)了單分子電致化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的直接寬場成像。“由于不需要光源激發(fā)，這一成像的特點(diǎn)在于背景幾近于零，這種原位成像將為化學(xué)和生物成像領(lǐng)域提供新的視野。”
在單分子空間定位中突破光學(xué)極限
顯微鏡是物質(zhì)科學(xué)和生命科學(xué)研究的重要研究工具，傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡在數(shù)百納米以上的尺度工作，而高分辨電鏡和掃描探針顯微鏡則可以揭示原子尺度。“在這個(gè)標(biāo)尺中，能夠用于原位、動態(tài)和溶液體系觀測幾個(gè)納米到上百納米這一尺度范圍的技術(shù)仍然非常有限。”馮建東提到，主要原因在于光學(xué)成像分辨力不足，受到光的衍射極限限制。為此，馮建東團(tuán)隊(duì)接著著手從時(shí)空孤立的單分子信號實(shí)現(xiàn)電致化學(xué)發(fā)光的超分辨成像。
受到熒光超分辨顯微鏡(2014年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng))的啟發(fā)，浙大研究者利用通過空間分子反應(yīng)定位的光學(xué)重構(gòu)方法進(jìn)行成像。這就好比當(dāng)人們夜晚抬頭看星星時(shí)，可以通過星星的“閃爍”將離得很近的兩顆星星區(qū)分開一樣。“化學(xué)反應(yīng)的隨機(jī)性，通過空間上的發(fā)光位置定位，再把每一幀孤立分子反應(yīng)位置信息疊加起來，構(gòu)建出化學(xué)反應(yīng)位點(diǎn)的‘星座’。 ”
單分子電致化學(xué)發(fā)光顯微鏡在微納結(jié)構(gòu)成像上的論證
馮建東說，為了驗(yàn)證這一成像方法的可行性以及定位算法的準(zhǔn)確性，團(tuán)隊(duì)通過微納加工的方法在電極表面制造了一個(gè)條紋圖案作為已知成像模板，并對之進(jìn)行對比成像。單分子電致化學(xué)發(fā)光成像后的結(jié)果與該結(jié)構(gòu)的電鏡成像結(jié)果結(jié)構(gòu)上高度吻合，證明了成像方法的可行性。單分子電致化學(xué)發(fā)光成像將傳統(tǒng)上數(shù)百納米的電致化學(xué)發(fā)光顯微成像空間分辨率提升到了前所未有的24納米。
單分子電致化學(xué)發(fā)光顯微鏡固定(死)細(xì)胞成像
研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)而將該技術(shù)應(yīng)用于生物細(xì)胞顯微成像，不需要標(biāo)記細(xì)胞結(jié)構(gòu)本身意味著電致化學(xué)發(fā)光成像對細(xì)胞可能是潛在友好的，因?yàn)閭鹘y(tǒng)使用的標(biāo)記可能會影響細(xì)胞狀態(tài)。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步以細(xì)胞的基質(zhì)黏附為對象，對其進(jìn)行單分子電致化學(xué)發(fā)光成像，觀察其隨時(shí)間的動態(tài)變化。成像結(jié)果與熒光超分辨成像可以進(jìn)行關(guān)聯(lián)成像對比，定量上表現(xiàn)出可以同熒光超分辨顯微鏡相媲美的空間分辨率，同時(shí)該技術(shù)避免了激光和細(xì)胞標(biāo)記的使用。
單分子電致化學(xué)發(fā)光顯微鏡活細(xì)胞成像
未來，這項(xiàng)顯微技術(shù)將作為一項(xiàng)研究工具為化學(xué)反應(yīng)位點(diǎn)可視化、單分子測量、化學(xué)和生物成像等領(lǐng)域提供新的可能，具備廣泛的應(yīng)用前景。在同一期上，《自然》期刊專門邀請了領(lǐng)域?qū)＜覍@一突破性技術(shù)的前景進(jìn)行了亮點(diǎn)評述和報(bào)道。
該研究受到了國家自然科學(xué)基金委(項(xiàng)目號：21974123)、浙江省自然科學(xué)基金委(項(xiàng)目號：LR20B050002)、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)校長專項(xiàng)(項(xiàng)目號：2019XZZX003-01)和浙江大學(xué)百人計(jì)劃的經(jīng)費(fèi)支持。
(文/柯溢能 圖片由受訪團(tuán)隊(duì)提供)
相關(guān)閱讀 Related Reading
查看更多+-
項(xiàng)目名稱：在線顯微鏡,項(xiàng)目編號：0807-2540CZGJ1203,招標(biāo)范圍：在線顯微鏡 共2臺,招標(biāo)機(jī)構(gòu)：陜西省采購招標(biāo)有限責(zé)任...2025-05-19 13:38:50
-
實(shí)時(shí)高清熒光體視顯微鏡中標(biāo)結(jié)果公告
項(xiàng)目名稱：實(shí)時(shí)高清熒光體視顯微鏡，項(xiàng)目編號：0705-254005010003，招標(biāo)范圍：實(shí)時(shí)高清熒光體視顯微鏡，招標(biāo)機(jī)構(gòu)：上海國...2025-05-13 13:47:32 -
多模態(tài)一體化顯微成像系統(tǒng)中標(biāo)結(jié)果公告
項(xiàng)目名稱：多模態(tài)一體化顯微成像系統(tǒng)，項(xiàng)目編號：0705-254005010004，招標(biāo)范圍：多模態(tài)一體化顯微成像系統(tǒng)，招標(biāo)機(jī)構(gòu)：上...2025-05-13 13:45:14 -
預(yù)算440萬元 淡水漁業(yè)研究中心采購遺傳育種儀器設(shè)備
近日，淡水漁業(yè)研究中心委托江蘇省招標(biāo)中心有限公司組織公開招標(biāo)，采購全自動倒置熒光顯微鏡、熒光激活細(xì)胞分選儀等儀器設(shè)備，預(yù)算440萬...2025-05-12 09:38:43 -
預(yù)算814萬元 哈爾濱醫(yī)科大學(xué)采購超高分辨顯微鏡
近日，哈爾濱醫(yī)科大學(xué)委托黑龍江億德項(xiàng)目管理有限公司組織公開招標(biāo)，采購超高分辨顯微鏡，預(yù)算814萬元。2025-05-09 14:31:40 -
近日，河北博物院委托河北中旭招標(biāo)有限公司組織公開招標(biāo)，采購數(shù)碼顯微鏡、無目鏡修復(fù)顯微鏡等顯微鏡，預(yù)算265.9萬元。2025-05-09 14:13:55
版權(quán)與免責(zé)聲明
- ①凡本網(wǎng)注明“來源：化工儀器網(wǎng)”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-化工儀器網(wǎng)合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品，未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其他方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的，應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用，并注明“來源：化工儀器網(wǎng)”。違反上述聲明者，本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責(zé)任。
- ②本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其他來源（非化工儀器網(wǎng)）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對其真實(shí)性負(fù)責(zé)，不承擔(dān)此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體、網(wǎng)站或個(gè)人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時(shí)，必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來源，并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任。
- ③如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題，請?jiān)谧髌钒l(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。
