石墨烯層，讓超解析度顯微鏡成為可能！10億分之一米也不在話下

2020-10-18 博科園

哥廷根大學研究人員開發了一種新方法，利用石墨烯不同尋常的性質與螢光(發光)分子進行電磁相互作用。這種方法能讓科學家第一次用光學方法測量極小的距離，約為1埃（十億分之一米），具有高精度和可重複性。這使得研究人員能夠用光學方法測量脂質雙層的厚度，脂質雙層是構成所有活細胞膜的物質。由Enderlein教授領導的哥廷根大學研究人員，使用一片僅有一個原子厚度(0.34 nm)的石墨烯來調製發光(螢光)分子接近石墨烯薄片時的發射。

石墨烯優異的光學透明度及其通過空間調製分子發射能力使其成為測量單個分子與石墨烯薄片之間距離極其靈敏的工具。這種方法的精確度非常好，即使是1埃左右的最小距離變化也可以解決。科學家們能夠通過在石墨烯層上方沉積單個分子來顯示這一點。然後可以通過監測和評估光發射來確定距離。這種石墨烯誘導的分子光發射調製，為確定空間中的單分子位置提供了極其靈敏和精確的「尺子」，其研究成果發表在《自然光子學》期刊上。

研究人員用這種方法測量單層脂質雙層的厚度，這種雙層由兩層脂肪酸鏈分子組成，總厚度只有幾納米。研究的第一作者Arindam Ghosh說：我們的方法在超解析度顯微鏡方面具有巨大潛力，因為它不僅能讓我們在橫向（就像以前的方法一樣）以納米解析度定位單個分子，而且還可以沿著第三個方向以類似的精度定位單個分子，這使得在大分子長度尺度上實現真正的三維光學成像。第三物理研究所(生物物理學)所長Jörg Enderlein教授表示：

這將是一個具有眾多應用的強大工具，用於解決單個分子、分子複合體或小細胞器中亞納米精度的距離。單分子螢光成像已經成為幾乎所有研究領域不可或缺的工具，從基礎物理到生命科學。其最重要的應用是單分子定位超分辨顯微鏡(SMLM)(例如，光激活定位顯微鏡(Palm)，隨機光學重建顯微鏡(STORM)，螢光棕櫚(FPALM)，直接風暴(DSTORM)和用於納米尺度形貌成像的點積累(Paint)，它利用了一個事實，即單個分子圖像的中心位置，可以比圖像本身大小高得多的精確度來確定。

博科園｜研究/來自：哥廷根大學

參考期刊《自然光子學》

DOI: 10.1038/s41566-019-0510-7

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