纳米结构的“超分辨率”显微镜

研究人员发现了一种方法，可以使用一种不需要荧光染料的新型超分辨率光学显微镜来观察合成的纳米结构和分子，这是生物医学和纳米技术研究的实用工具。

“超分辨率光学显微镜打开了一扇通往纳米世界的新窗口，”普渡大学(Purdue University)生物医学工程和化学副教授程吉新(Ji-Xin Cheng)说。

传统光学显微镜可以分辨不小于300纳米(十亿分之一米)的物体，这一限制被称为“衍射极限”，它的定义是用于观察样本的光波长宽度的一半。

然而，研究人员想要观察像蛋白质和脂类这样的分子，以及像纳米管这样直径只有几纳米的合成纳米结构。

Cheng说，这种能力可以带来从医学到纳米电子学等多种学科的进步。

“衍射极限代表了光学成像分辨率的基本极限，”程说。马克斯·普朗克研究所的斯特凡·赫尔和其他人已经开发出了需要荧光标记的超分辨率成像方法。在这里，我们展示了一个新的方案，打破衍射极限在光学成像的非荧光物种。因为它是无标签的，信号直接来自物体，所以我们可以更多地了解纳米结构。”

周日(4月28日)发表在《自然光子学》杂志上的一篇研究论文详细介绍了这些发现。

这种成像系统被称为饱和瞬态吸收显微镜(STAM)，它使用三束激光束，其中包括一束环形激光束，可以选择性地照亮某些分子，但不照亮其他分子。

发光分子的原子中的电子被暂时踢到一个更高的能级，被称为被激发，而其他的电子则保持在“基态”。

图像是用一种叫做探针的激光产生的，用来比较激发态分子和基态分子之间的对比。

研究人员展示了这项技术，拍摄了大约100纳米宽的石墨“纳米片”的图像。

Cheng说:“这是一个概念的证明，对天然和合成纳米材料的研究具有巨大的潜力。”

由研究人员斯蒂芬·黑尔发明的甜甜圈状激光激发技术，使聚焦于更小的物体成为可能。

研究人员希望改进成像系统，使其能够看到直径约10纳米的物体，比传统光学显微镜所能看到的物体小30倍左右。

程说:“我们还没有做到这一点，但可以应用一些方案来进一步提高我们系统的分辨率。”

未来的研究可能包括使用波长更短的激光。由于波长更短，甜甜圈洞也更小，这可能使研究人员能够专注于更小的物体。

这项工作将在5月23日和24日在普渡大学举行的第三届年度光谱成像:看不见的世界的新窗口研讨会上进行讨论。研讨会由该大学的韦尔登生物医学工程学院主办。