可再激活受激發(fā)射損耗顯微術(shù)(ReSTED)的特性與應(yīng)用

本研究成果由Qiqi Yang、Akimitsu Narita、Mischa Bonn、Xiaomin Liu等20位學(xué)者合作完成，論文題為《Reactivatable stimulated emission depletion microscopy using fluorescence-recoverable nanographene》，于2025年2月在線發(fā)表于《Nature Communications》期刊。

重要發(fā)現(xiàn)
01納米石墨烯的光物理特性革新STED原理
傳統(tǒng)STED技術(shù)的瓶頸在于：
光漂白限制：高強度耗盡光（通常775 nm）永久破壞熒光分子，導(dǎo)致分辨率提升以犧牲成像時間為代價。
環(huán)境依賴：抗淬滅劑的使用限制生物應(yīng)用場景。
DBOV-Mes的引入顛覆了這一局限：
熒光可逆切換機制：
關(guān)閉狀態(tài)：561 nm激發(fā)光引發(fā)雙光子電離，DBOV-Mes釋放電子形成非熒光的自由基陽離子（DBOV-Mes⁺）。
開啟狀態(tài)：775 nm耗盡光被DBOV-Mes⁺吸收，觸發(fā)單光子誘導(dǎo)的電子重組，恢復(fù)熒光。

高穩(wěn)定性：連續(xù)7次“開-關(guān)”循環(huán)后熒光強度無衰減，而傳統(tǒng)熒光分子損失超30%。

02ReSTED成像性能驗證
實驗設(shè)計：分辨率提升：DBOV-Mes嵌入聚苯乙烯薄膜后，STED成像分辨率達73nm（共聚焦為119nm），揭示亞微米結(jié)構(gòu)。

長時程3D成像：對玻璃基底裂紋進行1小時三維掃描（層厚0.15μm），熒光保留率超70%，總成像時間73分鐘。

生物應(yīng)用：
標(biāo)記脂質(zhì)體藥物載體：
新鮮脂質(zhì)體（直徑20-100nm）實現(xiàn)184nm分辨率3D成像。
儲存1年的脂質(zhì)體發(fā)生形變（囊泡融合），STED清晰分辨簇狀大囊泡。

創(chuàng)新與亮點
01突破性技術(shù)將“耗竭光”轉(zhuǎn)化為“再生工具”
傳統(tǒng)STED的耗盡光必然導(dǎo)致熒光損失，而ReSTED創(chuàng)新性地利用同一束775nm光同時實現(xiàn)兩種功能：
上坡路：對掃描區(qū)域進行熒光耗竭（提升分辨率）。
下坡路：對鄰近區(qū)域進行熒光激活（延長壽命）。

這種“邊破壞邊修復(fù)”的循環(huán)機制，使分辨率和成像時間從“二選一”變?yōu)?ldquo;全都要”。

材料科學(xué)：納米級玻璃裂紋的3D演化觀測，助力材料失效分析。

成本優(yōu)勢：擺脫商業(yè)抗淬滅劑依賴，降低成像成本90%以上。

總結(jié)與展望ReSTED技術(shù)通過納米石墨烯DBOV-Mes的光物理特性重塑了STED顯微原理，解決了光漂白這一40年未解的難題。

其核心價值在于：
無需抗淬滅劑實現(xiàn)小時級3D成像；
兼容生物環(huán)境；
分辨率突破至73nm。

當(dāng)前限制主要在于水環(huán)境中的不完全恢復(fù)（電子被水捕獲），未來可通過開發(fā)水溶性納米石墨烯（如已報道的氮摻雜DBOV）或優(yōu)化激光參數(shù)（連續(xù)光替代脈沖光）進一步突破。隨著多色納米石墨烯（覆蓋可見-近紅外光譜）的發(fā)展，ReSTED有望成為活細胞超分辨成像的通用平臺，推動癌癥動態(tài)追蹤、神經(jīng)突觸傳輸?shù)惹把匮芯俊?/span>

DOI:10.1038/s41467-025-56401-z.