有機熒光團通常用于受激發射損耗（STED）顯微鏡和其他超分辨率成像技術，該技術已經將我們的視野擴展到亞細胞水平。然而，STED顯微鏡中的同步強脈沖通常用于與快速自發熒光動力學競爭，導致潛在的光毒性、光漂白和顯著的損耗誘導的再激發(DIRE) 背景。此外，有機熒光團通常在可見光區域工作，這降低了它們在深層組織中的適用性。由于發射狀態顯著穩定（τ > 100 μs），鑭系元素發射器已被用于紫外-可見-近紅外激光發射，以及最近的基于光子雪崩的超分辨率成像。此外，對于具有準四能級能量配置的發射器，較低的能級遠高于基態；因此，低功率泵浦可以維持顯著的粒子數反轉，并且可以完全避免激光輻射在增益介質中的再吸收。然而，在低功率條件下，在近紅外（NIR）光學窗口中進行長達數小時的、無自發熒光的超分辨率成像仍然是一個挑戰。鑒于此，新加坡國立大學劉小鋼、暨南大學李向平、上海理工大學顧敏院士等人根據類似于激光的原理，采用合理設計的鑭系元素發射器的 STED 顯微鏡可以在 NIR 光學窗口中使用低功率連續波 (CW) 激光器實現長期背景抑制超分辨率成像。成果發表在Nature Nanotechnology上。
研究人員報告了能夠在全近紅外光譜帶（λexcitation = 808 nm，λdepletion = 1,064 nm和λemission = 850-900 nm）中實現背景抑制STED成像的下移鑭系元素納米粒子，具有低于20nm的橫向分辨率和零光漂白。這些納米粒子具有準四能級結構，壽命長(τ>100μs） 亞穩狀態下，支持在 19 kW cm?2 飽和強度下接近統一 (98.8%) 的發光抑制。這類納米探針不僅限于用鑭系元素離子激活的納米粒子，還可以通過合理的配體/晶體場工程進行擴展。例如，許多過渡金屬可以整合到納米級框架中，如納米晶體、有機金屬配合物和金屬-有機框架。
全近紅外區域能夠以大約 70 nm 的空間分辨率實現高對比度的深部組織 (~50 μm) 成像。具有提高的生物偶聯效率和最小化非特異性結合的發光納米探針標記的進一步發展可能能夠實現深層組織中亞細胞生物事件的多重目標檢測和長期跟蹤。
圖|低功率全近紅外 CW STED 成像得亞細胞結構和深部組織超分辨率成像總而言之，這些鑭系納米探針有望拓展STED顯微鏡的應用領域，并為在更高的時空尺度上進行細胞過程的高分辨率延時研究鋪平道路。同時，低功率連續波照明的可行性可以顯著縮小成像系統的尺寸和成本，并促進緊湊型和可能便攜式 STED 顯微鏡的發展。值得注意的是，今年2月份，新加坡國立大學劉小鋼、福州大學楊黃浩、陳秋水等人在Nature雜志上發表文章，報告了使用納米晶體可以捕獲X射線能量數周的潛在解決方案。研究人員演示了使用一系列可溶液處理，摻雜鑭系元素的納米閃爍體實現的無平板、高分辨率、三維成像的超長壽命X射線捕獲。（報道文：3年合作2篇Nature，追逐百年諾獎技術！）
1. Liang,L., Feng, Z., Zhang, Q. et al. Continuous-wave near-infraredstimulated-emission depletion microscopy using downshifting lanthanidenanoparticles. Nat. Nanotechnol. (2021).https://doi.org/10.1038/s41565-021-00927-y
2. Ou, X., Qin, X., Huang, B. et al. High-resolution X-ray luminescence extension imaging. Nature 590, 410–415 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03251-6
