片上無標記超分辨顯微成像技術(shù)作為一種新型的超分辨技術(shù)，在成像視場，實驗操作難度以及器件制備等方面具有一定優(yōu)勢。借助于高折射率薄膜波導對光場的約束，該類成像技術(shù)能夠在上千平方微米內(nèi)實現(xiàn)高信噪比的超分辨顯微成像。有關(guān)器件的制備工藝與傳統(tǒng)半導體加工工藝相兼容，易于大規(guī)模生產(chǎn)。但是，由于樣品空間頻譜的缺失和混疊效應(yīng)，已報道的片上無標記超分辨顯微技術(shù)都存在成像扭曲以及黏連等問題，開發(fā)一款無變形非標記遠場超分辨顯微芯片，對于該類技術(shù)走向?qū)嶋H應(yīng)用具有重要意義。
近期，浙江大學劉旭、楊青課題組基于移頻成像機理，與浙江大學張興宏教授，劍橋大學Clemens Kaminski教授，南京工業(yè)大學黃維院士及王建浦教授團隊合作，結(jié)合寬波段聚合物發(fā)光薄膜F8BT（圖1），制備出一款多波矢、多角度照明移頻超分辨芯片。利用該移頻芯片，該團隊實現(xiàn)了對二維復(fù)雜刻蝕結(jié)構(gòu)以及多壁碳管等實際樣品的無變形非標記超分辨顯微成像，成像結(jié)果與樣品的原子力顯微鏡以及電子顯微鏡圖實現(xiàn)了很好的吻合（見圖2）。
圖1. a.聚合物F8BT的化學結(jié)構(gòu)式；b.F8BT的PL譜。
圖·2. a. 漢字“光”的SEM圖，刻槽中心間距為146 nm；b. 漢字“光”的垂直照明圖；c. 漢字“光”的頻譜拼接圖；d. 漢字“光”的遠場重構(gòu)圖；e. 漢字“光”的原子力顯微鏡圖。f.對應(yīng)圖e中紅色虛線框內(nèi)的原子力顯微鏡放大圖；g. 沿圖2a,d,e中對應(yīng)虛線位置處的輪廓曲線圖。
許多生物學過程發(fā)生在亞細胞結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的尺寸大多在幾十到數(shù)百納米之間，但是阿貝衍射極限將光學顯微鏡的分辨率限制在200nm，這遠遠不能滿足生命科學發(fā)展的需要。打破衍射極限，實現(xiàn)超分辨成像，對人類科學取得突破性進展至關(guān)重要，因而成為一個熱門研究領(lǐng)域。2014年諾貝爾化學獎頒給了Stefan W. Hell，Eric Betzig 和 William E. Moerner，以表彰他們發(fā)明的受激發(fā)射損耗顯微成像（Stimulated Emission Depletion（STED）microscopy）和單分子顯微成像（Single-molecule Microscopy）技術(shù)。目前，這類熒光標記型超分辨顯微技術(shù)已取得了優(yōu)于30nm的分辨率，并對生命科學領(lǐng)域的發(fā)展起到了極大的推動作用。但與此同時，熒光標記的使用也限制了此類技術(shù)對亞細胞結(jié)構(gòu)的動態(tài)觀察，以及在芯片檢測和材料檢測等非生物領(lǐng)域的應(yīng)用。
相比起來，非熒光標記的超分辨顯微成像方法在活體成像和多種類樣品成像等方面具有天然的優(yōu)勢。但是，目前已報道的無標記型超分辨成像技術(shù)，如極透鏡技術(shù)、微球接觸技術(shù)和納米線環(huán)照明技術(shù)，的放大倍率大都與樣品的結(jié)構(gòu)和尺寸有關(guān)，成像結(jié)果面臨著圖像扭曲變形問題。探索并發(fā)展新型遠場寬場無變形非標記超分辨顯微方法成為人們關(guān)注的難點與熱點。
與受激發(fā)射損耗顯微成像和單分子顯微成像等技術(shù)相比，該片上移頻成像技術(shù)無需對樣品進行染色處理，以低廉的成本賦予了傳統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)超分辨成像能力。同時，成像結(jié)果有效消除了已報道無標記型超分辨技術(shù)所面臨的成像變形問題。該移頻芯片的制備過程簡單，適合大規(guī)模生產(chǎn)，未來，通過與片上集成光學系統(tǒng)結(jié)合，有望成為一種快速診斷工具，在生物醫(yī)學，材料學等領(lǐng)域得到應(yīng)用。相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Funtional Materials (Adv. Funct. Mater. 2019， 1900126)上。論文第一作者為浙江大學光電學院龐陳雷博士，通訊作者為楊青教授，共同通訊作者為劉旭教授。
文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201900126
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