不用激光也能看清纳米结构:化学发光如何改写超分辨成像
1873 年,物理学家阿贝指出,传统光学显微镜的分辨率无法超过光波长的一半,大约 200 纳米,更小的细节会被光的衍射模糊掉。此后的超分辨荧光显微技术突破了这个极限,并因此在 2014 年获得诺贝尔化学奖。但它有一个代价:必须用足够强的激光"照亮"样品,而光一强,活细胞就容易受损,荧光分子也会逐渐熄灭(俗称光漂白)。"看得清"与"看得久",因此很难两全。
一、超分辨的"代价"
荧光超分辨成像依赖外源光激发:激光先激活荧光探针,探针再发出信号被记录下来。观测时间一长,探针被漂白,细胞也可能受伤,研究者只能在有限的时间里"抢拍"。要长时间观察活细胞里纳米级的动态过程,就必须换一种思路。
二、不"照"光,让样品自己发光
2026 年 8 月,浙江大学冯建东团队与哈尔滨工业大学赵唯淞团队合作,提出一种化学发光超分辨成像方法(RIED),相关成果发表在《自然》期刊上。它绕开了外源激光——利用化学反应本身释放的微弱光子来成像。没有激光照射,就没有光毒性,探针也不会被"照"到漂白。
三、把微弱的光"攒"起来
化学发光的光子非常稀少,直接使用会又慢又模糊。研究团队引入"时空孤立采样"策略:在时间与空间上高效收集每一个孤立发光的信号,再结合超分辨重建算法还原精细结构。这样,微弱的光也能被充分利用,分辨率达到纳米尺度。
四、41 小时连续观测
论文报告,使用该技术可以对活细胞连续观测长达约 41 小时,细胞状态依然良好、画面依然清晰。相比之下,传统荧光方法往往十几分钟就会因漂白而难以继续。长时程、低损伤的观测,让过去只能"拍一张"的过程,有机会变成"拍一段电影"。
五、意义
能长时间看清活细胞内部的纳米结构,意味着可以更完整地追踪细胞器运动、物质运输等动态过程,为细胞生物学、疾病机制研究和药物开发提供新的观测工具。摆脱对光激发的依赖,也被视为光学显微成像领域一次思路上的突破。
结语
从"用更强的光照亮样品",到"让样品自己发光",超分辨成像正在走向更温和、更持久的一端。看得清,并且看得够久,或许才是观察活细胞最需要的能力。