纳米级活体观察技术出炉！助推生物学家深入研究人体免疫系统 | 创技术

关键词：纳米级；超分辨显微；红外激光；

撰文 | JACINTA BOWLER

编译 | 龚聪

一支国际研究团队利用稀土纳米颗粒在30mW低功率近红外激光的照射下实现28纳米分辨率的超分辨显微技术，为进一步了解亚细胞生命过程提供了强大的显微成像工具。

这项研究成果以Amplified stimulated emission in upconversion nanoparticles for super-resolution nanoscopy发表在2017年2月22日《自然》期刊上。

对于生命科学研究来说，显微镜是研究人员不可或缺的眼睛。从列文·虎克发明第一台用于科学研究的光学显微镜开始，微观世界的大门才向人们敞开。在随后的几百年里，显微镜的分辨率一直在提高，种类也在不断增加，从最初的放大300倍的光学显微镜，到分辨率达到微米级的激光显微镜，再到分辨率达到几埃的电子隧道显微镜。 

为了进一步深入了解生命过程，科学家希望能观察到在生命过程中扮演重要角色的小分子物质结构，比如蛋白质、抗体、生物酶等等。超高分辨显微技术提供了解决这一问题的办法，它利用的是受激辐射光淬灭（STED）。在激光照射下，这些纳米颗粒的电子发生能级跃迁，并发出荧光，就像是一盏盏纳米灯，照亮样本，让研究人员能观察到亚细胞结构。但超高分辨率成像技术中有两个问题限制着它的发展，并导致它的最高分辨率只能达到200纳米。

为了获得清晰度更高的图像，一种办法是增加激光的功率。而这带来了两个问题，一是高功率的激光发生器意味着高昂的价格，这种显微镜往往超过一百万美元；二是使用高功率激光会对观测的生物样品造成不可逆的损伤。

一支来自澳大利亚悉尼科技大学、北京大学、麦考瑞大学的国际研究团队提出使用一种直径仅为40纳米的稀土荧光纳米颗粒，可以被低功率近红外激光光源激发，发出荧光。同时低功率近红外激光的使用能有效降低环境光噪，将目前的超高分辨率成像水平提高10倍。

借助这项技术，研究人员能够观察最小28纳米的微观结构，仅为激发波长的1/36。

作为荧光探针的稀土纳米颗粒，配合低功率近红外激光的使用，让研究人员得以在亚细胞水平上研究持续的生命过程，而且不用担心破坏研究对象。这项技术将帮助研究人员更加深入了解例如病原菌抗药性的产生、人类免疫系统等生命过程，帮助人们找到解决健康问题的办法。

雪梨科技大学的金大勇教授作为这项研究的首席研究员，在纳米光学技术领域已经持续耕耘了数年，并因开发出Super Dots纳米颗粒获得2015年度尤里卡奖。金大勇教授现任学历大学生物医学材料与一起研究所所长。

下一步，金大勇教授表示将在此基础上开发用于行业的解决方案，实现技术向产品的转化。