北京
麻省理工学院（MIT）与博德研究所的研究人员开发出一种突破性超分辨率成像技术，可将分子结构的定位精度提升至亚埃级别——比标准荧光染料纳米级极限高出三个数量级，同时大幅简化成像流程。该研究来自山姆·彭（Sam Peng）实验室，彭是MIT化学系辉瑞-杰拉尔德·劳巴赫职业发展助理教授，也是MIT与哈佛大学博德研究所的核心成员。相关论文已于7月27日在《自然·纳米技术》上以开放获取形式发表。
与传统荧光染料在光照下快速褪色、限制数据采集的缺陷不同，该平台被命名为U-STORM（上转换随机光学重建显微术），采用一类新型成分可调上转换纳米颗粒（UCNPs），能够自发且持续不断地产生"闪烁"效应。
颠覆数十年来的传统认知
数十年来，科学界普遍认为上转换纳米颗粒具有完全的光稳定性，不会发生闪烁。由于STORM等基于定位的超分辨率显微技术完全依赖发光体在"开"与"关"状态之间随机切换的"闪烁"行为来区分密集排列的分子，UCNPs长期以来被认为不适用于此类成像。
"我们实验室长期致力于突破这些限制，"彭说道，"我们的研究始于一个问题：能否开发一种超分辨率成像平台，同时兼具长期稳定、多色成像、操作简便的特点，并在无需成像缓冲液或额外光学控制的条件下实现极高的定位精度？"
通过对纳米颗粒成分进行精确调控，MIT与博德研究所团队发现，这些约10纳米大小的核壳颗粒在持续近红外激发下确实能够被诱导产生自发闪烁。令人瞩目的是，这种闪烁行为可无限持续，无需复杂的成像缓冲液、氧清除剂或外部光学调制。
U-STORM的核心突破
埃是化学家用于测量原子尺度大小与距离的极小长度单位。U-STORM持续闪烁的能力使研究人员得以从同一颗粒中收集超过88,000次定位事件，将定位精度进一步锐化至前所未有的0.6埃。
与传统多色超分辨率成像不同——后者需要多台昂贵激光器及繁琐的光学校准——U-STORM仅需一台近红外激光器，即可同时激发发射不同颜色的纳米颗粒，从而大幅降低实验复杂度。
在多色图像获取方面，U-STORM无需多轮顺序采集，而是同时捕获多种颜色的信号。研究人员已成功将这一技术用于在生理条件下、无需任何专用成像缓冲液的情况下，对生物样品中的表皮生长因子受体二聚体和多聚体进行定位成像。
更广泛的影响
这项研究不仅拓展了显微镜技术的边界，还为镧系纳米材料确立了全新的设计原则。研究团队目前正着力扩展颜色范围、使颗粒更小更亮，并计划将U-STORM应用于研究复杂的纳米尺度蛋白质组织结构和细胞信号通路。
U-STORM有望为全球实验室提供一条便捷易用、却又无比强大的高精度分子成像路径。
Q&A
Q1：U-STORM技术与传统超分辨率显微技术相比有哪些优势？
A：U-STORM采用上转换纳米颗粒，能自发且持续闪烁，无需传统成像缓冲液、氧清除剂或外部光学调制。与STORM等传统技术相比，它只需一台近红外激光器即可同时激发多种颜色，避免了多台激光器的复杂校准，定位精度可达0.6埃，远超传统荧光染料的纳米级极限，实验操作难度也大幅降低。
Q2：U-STORM的定位精度达到了多少？是如何实现的？
A：U-STORM的定位精度达到了0.6埃，比标准荧光染料的纳米级极限高出三个数量级。这得益于上转换纳米颗粒能够持续不断地自发闪烁，研究人员可从同一颗粒中收集超过88,000次定位事件，累积大量数据后将精度锐化至亚埃级别，实现了传统技术无法达到的超高分辨率。
Q3：U-STORM技术未来有哪些应用方向？
A：研究团队正在多个方向推进U-STORM的进一步发展：扩展可用颜色范围、将纳米颗粒做得更小更亮，并计划将其应用于研究复杂的纳米尺度蛋白质组织结构和细胞信号通路。此外，该技术还为镧系纳米材料确立了全新设计原则，有望为全球实验室提供易于实施的高精度分子成像解决方案。
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