超分辨熒光顯微成像染料結構與生物應用（特邀）

李林，張鐸騰，渠允薇

（廈門大學 柔性電子（未來技術）研究院，福建 廈門361005）

0 引言

隨著生物醫學的發展，人們對病理學的研究更加精細。準確解析細胞/亞細胞器水平生理變化，對理解疾病的發生發展至關重要。因此，細胞中的特定位點的檢測/監測對于生物醫學的發展具有重要意義［1］。

基于生物醫學成像的要求，研究者開發出了多種成像技術，如正電子發射型斷層掃描技術（Positron Emission Computed Tomography，PET）、磁共振成像技術（Magnetic Resonance Imaging，MRI）、透射電子顯微技術（Transmission Electron Microscopy，TEM）、熒光顯微成像技術（Fluorescence Microscopy，FM）等。其中熒光成像技術具有獨特的優勢：通過采集光信號獲得圖像，對細胞的毒性較小，可以實現活細胞的實時成像，通過不同熒光波段的染料染色，實現多色成像等［2］。這些優勢使得熒光顯微鏡在生物學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，熒光技術的發展突飛猛進（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，成為研究細胞、活體生理活動的強大工具。1981年，CREMER C 和CREMER T 開發出第一臺實用的共聚焦熒光顯微鏡，大幅度提高了光學顯微鏡的分辨率［4］。但是受到光學衍射極限的制約，其極限分辨率一直無法突破200 nm［5］，無法精確觀測更細微的生物學信息，使其應用受到了限制。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］等科學家采用不同的原理和方法，突破光學衍射極限，開發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學領域的應用。成像設備和技術的進步同時也對熒光染料的開發提出了新的要求，設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。……