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我国团队开发自发光闪烁上转换显微成像技术 实现活细胞长时程超分辨成像
2026年10月16日 13:33:47
来源：化工仪器网 作者：宋池 点击量：125
复旦大学与上海交通大学联合团队开发出自发光闪烁上转换显微成像技术（SPUM），实现30 nm分辨率、长时程活细胞超分辨成像及内吞体动态追踪，相关成果发表于《自然·光子学》。
近日，复旦大学刘倩教授、张云翔研究员团队联合上海交通大学李富友教授团队，在超分辨荧光成像与单颗粒分析方法研究方面取得进展。研究成果以“自发光闪烁上转换显微成像技术(Spontaneous Photoblinking Upconversion Microscopy)”为题，发表在《自然·光子学》(Nature Photonics)上。
超分辨显微成像技术的发展使光学显微镜突破了传统衍射极限，为研究生命体系中的纳米尺度结构提供了工具。其中，单分子定位显微成像依赖荧光探针在亮态和暗态之间随机切换，以实现单个发射体的精确定位与超分辨重构，是活细胞生物分析的重要技术手段。然而，目前广泛应用的有机染料和荧光蛋白容易发生不可逆光氧化漂白，难以满足长时间活细胞动态成像的需求。
稀土发光被认为是长时程光学成像的理想候选。但论文指出，单个稀土纳米颗粒通常包含成千上万个发光中心，发射过程相互独立，其信号经过统计平均后表现为连续而稳定的单颗粒发射，缺乏单分子定位成像所需的自发亮暗切换。因此，如何实现持久可重复的闪烁发光，是发展长时程超分辨成像的关键。
针对这一难题，研究团队发明了可在连续近红外激发下实现自发闪烁的稀土上转换发光探针。论文摘要显示，SPUM利用Yb3+/Ho3+共掺杂上转换纳米颗粒作为光闪烁荧光发射体。其闪烁行为源于敏化剂Yb3+介导的多光子能量积累与缺陷介导的能量俘获，使纳米颗粒能够在亮态与暗态之间自主、可逆切换。通过优化探针结构和能量传递过程，研究团队获得了兼具高亮度、低占空比和优异光稳定性的发光探针，并进一步建立了自发光闪烁上转换显微成像方法(SPUM)。
论文摘要称，SPUM将分辨率提升约十倍，孤立发射体分辨率低至35 nm。在HeLa细胞质膜成像以及活细胞内吞体同时追踪与超分辨成像中，该方法实现了30 nm空间分辨率，并可持续数十分钟，激发功率密度为6.6 kW cm−2。该方法可用于活细胞膜超分辨成像以及内吞体的长时程超分辨动态追踪，解析了内吞体协同运输和细胞间转运等纳米尺度生命过程。
与传统光不稳定荧光团不同，这类上转换纳米颗粒抗光漂白，可实现持续闪烁循环，延长成像时间。该研究为长时程活细胞超分辨成像、单颗粒动态分析及生物体系纳米尺度过程研究提供了技术平台，也为工程化发光纳米探针提供了框架，可用于先进光学成像、纳米尺度追踪以及生物医学研究和纳米光子学中的精准诊断。
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