超分辨熒光顯微成像染料結(jié)構(gòu)與生物應(yīng)用（特邀）

李林，張鐸騰，渠允薇

（廈門大學(xué) 柔性電子（未來技術(shù)）研究院，福建 廈門361005）

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隨著生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展，人們對病理學(xué)的研究更加精細(xì)。準(zhǔn)確解析細(xì)胞/亞細(xì)胞器水平生理變化，對理解疾病的發(fā)生發(fā)展至關(guān)重要。因此，細(xì)胞中的特定位點的檢測/監(jiān)測對于生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展具有重要意義［1］。

基于生物醫(yī)學(xué)成像的要求，研究者開發(fā)出了多種成像技術(shù)，如正電子發(fā)射型斷層掃描技術(shù)（Positron Emission Computed Tomography，PET）、磁共振成像技術(shù)（Magnetic Resonance Imaging，MRI）、透射電子顯微技術(shù)（Transmission Electron Microscopy，TEM）、熒光顯微成像技術(shù)（Fluorescence Microscopy，F(xiàn)M）等。其中熒光成像技術(shù)具有獨特的優(yōu)勢：通過采集光信號獲得圖像，對細(xì)胞的毒性較小，可以實現(xiàn)活細(xì)胞的實時成像，通過不同熒光波段的染料染色，實現(xiàn)多色成像等［2］。這些優(yōu)勢使得熒光顯微鏡在生物學(xué)的研究中有著舉足輕重的地位［3］。

自從1853年STOKES G G 首次提出熒光的概念，熒光技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)（圖1）。1911年，隨著第一臺熒光顯微鏡的問世，熒光染料與熒光顯微鏡開始相互配合，成為研究細(xì)胞、活體生理活動的強(qiáng)大工具。1981年，CREMER C 和CREMER T 開發(fā)出第一臺實用的共聚焦熒光顯微鏡，大幅度提高了光學(xué)顯微鏡的分辨率［4］。但是受到光學(xué)衍射極限的制約，其極限分辨率一直無法突破200 nm［5］，無法精確觀測更細(xì)微的生物學(xué)信息，使其應(yīng)用受到了限制。為解決這一問題，HELL S W（STED）［6］、GUSTAFSSON M G L（SIM）［7］、BETZIG E 和MOERNER W（PALM）［8］、莊小威（STORM）［9］等科學(xué)家采用不同的原理和方法，突破光學(xué)衍射極限，開發(fā)出了超分辨熒光顯微鏡（Super-resolution Fluorescence Microscopy，SRFM），極大的拓展了熒光顯微鏡在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。成像設(shè)備和技術(shù)的進(jìn)步同時也對熒光染料的開發(fā)提出了新的要求，設(shè)計適用于超分辨熒光顯微成像的熒光染料成為亟待解決的問題。……