浙江大学刘旭、杨青教授课题组利用宽波段聚合物发光薄膜F8BT制备出一款无变形非标记移频超分辨芯片
片上无标记超分辨显微成像技术作为一种新型的超分辨技术，在成像视场，实验操作难度以及器件制备等方面具有一定优势。借助于高折射率薄膜波导对光场的约束，该类成像技术能够在上千平方微米内实现高信噪比的超分辨显微成像。有关器件的制备工艺与传统半导体加工工艺相兼容，易于大规模生产。但是，由于样品空间频谱的缺失和混叠效应，已报道的片上无标记超分辨显微技术都存在成像扭曲以及黏连等问题，开发一款无变形非标记远场超分辨显微芯片，对于该类技术走向实际应用具有重要意义。
近期，浙江大学刘旭、杨青课题组基于移频成像机理，与浙江大学张兴宏教授，剑桥大学Clemens Kaminski教授，南京工业大学黄维院士及王建浦教授团队合作，结合宽波段聚合物发光薄膜F8BT（图1），制备出一款多波矢、多角度照明移频超分辨芯片。利用该移频芯片，该团队实现了对二维复杂刻蚀结构以及多壁碳管等实际样品的无变形非标记超分辨显微成像，成像结果与样品的原子力显微镜以及电子显微镜图实现了很好的吻合（见图2）。
图1. a.聚合物F8BT的化学结构式；b.F8BT的PL谱。
图·2. a. 汉字“光”的SEM图，刻槽中心间距为146 nm；b. 汉字“光”的垂直照明图；c. 汉字“光”的频谱拼接图；d. 汉字“光”的远场重构图；e. 汉字“光”的原子力显微镜图。f.对应图e中红色虚线框内的原子力显微镜放大图；g. 沿图2a,d,e中对应虚线位置处的轮廓曲线图。
许多生物学过程发生在亚细胞结构，相应的尺寸大多在几十到数百纳米之间，但是阿贝衍射极限将光学显微镜的分辨率限制在200nm，这远远不能满足生命科学发展的需要。打破衍射极限，实现超分辨成像，对人类科学取得突破性进展至关重要，因而成为一个热门研究领域。2014年诺贝尔化学奖颁给了Stefan W. Hell，Eric Betzig 和 William E. Moerner，以表彰他们发明的受激发射损耗显微成像（Stimulated Emission Depletion（STED）microscopy）和单分子显微成像（Single-molecule Microscopy）技术。目前，这类荧光标记型超分辨显微技术已取得了优于30nm的分辨率，并对生命科学领域的发展起到了极大的推动作用。但与此同时，荧光标记的使用也限制了此类技术对亚细胞结构的动态观察，以及在芯片检测和材料检测等非生物领域的应用。
相比起来，非荧光标记的超分辨显微成像方法在活体成像和多种类样品成像等方面具有天然的优势。但是，目前已报道的无标记型超分辨成像技术，如极透镜技术、微球接触技术和纳米线环照明技术，的放大倍率大都与样品的结构和尺寸有关，成像结果面临着图像扭曲变形问题。探索并发展新型远场宽场无变形非标记超分辨显微方法成为人们关注的难点与热点。
与受激发射损耗显微成像和单分子显微成像等技术相比，该片上移频成像技术无需对样品进行染色处理，以低廉的成本赋予了传统显微镜系统超分辨成像能力。同时，成像结果有效消除了已报道无标记型超分辨技术所面临的成像变形问题。该移频芯片的制备过程简单，适合大规模生产，未来，通过与片上集成光学系统结合，有望成为一种快速诊断工具，在生物医学，材料学等领域得到应用。相关研究成果发表在Advanced Funtional Materials (Adv. Funct. Mater. 2019， 1900126)上。论文第一作者为浙江大学光电学院庞陈雷博士，通讯作者为杨青教授，共同通讯作者为刘旭教授。
文章链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201900126
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