浙江大学的这一成果登上了《自然》封面。图片来源：冯建东等人/《自然》
（记者崔雪芹）单分子实验是从本质出发解决许多基础科学问题的重要途径之一，也是化学测量学面临的一个挑战。浙江大学化学系研究员冯建东团队发明了一种可以直接对溶液中单分子化学反应进行成像的显微镜技术，并实现了超高时空分辨成像。该技术在化学成像和生物成像领域具有重要的应用价值，能帮助研究人员看到更清晰的微观结构和细胞图像。8月12日，该成果作为封面论文刊登于《自然》。
电致化学发光是利用电极表面发生的一系列化学反应实现发光的形式。目前，电致化学发光存在两大难题，一是微弱乃至单分子水平电致化学发光信号的测量和成像，这对单分子检测非常重要。二是突破光学衍射极限的超高时空分辨成像，即超分辨电致化学发光成像，这对化学和生物成像具有重要意义。
冯建东团队通过联用自制的具有皮安水平电流检出能力的电化学测量系统，以及宽场超分辨光学显微镜，搭建了一套高效的电致化学发光控制、测量和成像系统。他们首次实现了单分子电致化学发光信号的宽场空间成像，并在此基础上成功突破了光学衍射极限，第一次实现了电致化学发光的超分辨成像。
研究人员表示，针对单分子反应控制难、追踪难、检测难，他们搭建了灵敏的探测系统，将电压施加、电流测量、光学成像同步，通过时空孤立“捕捉”到了单分子反应后产生的发光信号。具体而言，在空间上通过不断稀释，控制溶液中的分子浓度实现单分子空间隔离；在时间上，通过快速照片采集，最高在1秒内拍摄1300张，消除邻近分子间的相互干扰。
为了验证相关成像方法的可行性以及定位算法的准确性，冯建东团队通过微纳加工的方法在电极表面制造了一个条纹图案作为已知成像模板，并对之进行对比成像。
研究人员表示，单分子电致化学发光成像后的结果与该结构的电镜成像结果结构上高度吻合，证明了成像方法的可行性。单分子电致化学发光成像将传统上数百纳米的电致化学发光显微成像空间分辨率提升到了前所未有的24纳米。
研究团队进而将该技术应用于生物细胞显微成像。研究人员表示，不需要标记细胞结构本身意味着电致化学发光成像对细胞可能是潜在友好的，因为传统使用的标记可能会影响细胞状态。他们以细胞的基质黏附为对象，对其进行单分子电致化学发光成像，观察其随时间的动态变化。成像结果具有可以同荧光超分辨显微镜相媲美的空间分辨率，同时该技术避免了激光和细胞标记的使用。
专家认为，未来，这项显微技术将为化学反应位点可视化、单分子测量、化学和生物成像等领域提供新的可能，具备广泛的应用前景。
来源： 《中国科学报》
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