5月20日，由中国工程院外籍院士、澳大利亚科学院院士、澳大利亚技术科学与工程院院士顾敏领衔的上海理工大学光子芯片研究院举行MINFLUX设备启动仪式。这台MINFLUX设备是世界上最早研制的三台同款仪器之一，也是在亚太地区出现的首台单纳米尺度的成像系统。此举是为了推进上海理工大学“高水平地方高校”建设，打造世界一流的光学实验室。
2014年诺贝尔化学奖得主Stefan Hell教授在视频致辞中表示，该系统将会让上海和上理工在世界光学成像领域拥有独特的地位。
能看清楚1纳米大小的“活细胞”
2014年诺贝尔化学奖被授予三位科学家，以表彰他们在超分辨率荧光显微技术领域取得的成就。Stefan Hell教授就是其中的一位。
很长时间以来，人们都认为光学显微技术无法突破一条极限：它永远不可能获得比所用光的半波长更高的分辨率，这被称为“阿贝分辨率”，这也被称为是衍射极限。
Stefan Hell一直希望打破这个衍射极限。一天，Stefan Hell正躺在研究生公寓的床上看一本有关光学量子理论的书，突然灵光一闪，他的脑海里浮现了一个想法：用一束镭射激发荧光分子发光，用另一束镭射消除所有“大尺寸”物体的荧光，通过运用两束镭射和扫描样品，呈现出尺寸小于0.2微米的分辨图。黑尔给他的这项发明取名STED，即受激发射损耗显微镜。2000年，《美国国家科学院院刊》发表了黑尔的科研成果。事实证明，采用Stefan Hell的STED技术，人们第一次得到了纳米级的荧光图像，他将显微技术带入“纳米”领域。
上海理工大学光子芯片研究院执行副院长张启明教授告诉记者，依靠STED技术，当年的超分辨率荧光显微镜可以看到20纳米尺度的物质。目前，最先进的冷冻电镜技术也只能看到小尺度的死细胞。
2017年，Stefan Hell教授首次提出基于最小辐射通量的超分辨显纳技术MINFLUX，就此开启“后超分辨时代”。其原理是通过将基于结构光定位技术的受激辐射损耗显微技术与单分子荧光显微技术相结合，在纳米和亚毫秒尺度上利用探测器接收到的最小辐射通量定位荧光分子位置。通俗说，这是一种光学“甜甜圈”模式，可以精准捕获和定位纳米尺度的活体细胞，探测器360度区域依次快速成像，最后就可以看清楚1纳米大小的“活细胞”。
有望揭开脑部神经元工作之谜
1纳米大小的活体细胞成像意味着什么呢？张启明告诉记者，脑部神经元的突触特征结构大小在几个纳米左右，如果可以用荧光显微镜看清楚脑部神经元的工作模式，就有望揭开脑科学中的一大谜团。
据介绍，目前已经有上海的实验室预备进行小鼠胚胎的开颅观察实验，希望通过这台单纳米尺度的成像系统，找到小鼠脑部神经元细胞的工作原理，也将真正破解人工智能技术发展的桎梏和瓶颈。
顾敏告诉记者，单纳米尺度的成像系统在在生物学基础研究方面与冷冻电镜有着同等重要的作用，它落户上海，有望为中国科学界研究神经网络提供了崭新的平台。该系统的多色、活体、亚毫秒级与纳米级时空超分辨荧光成像与追踪的强大功能，也会为芯片研发、光信息存储、生物制药如研究病毒侵扰宿体与变异机制方面的研究提供强大的科研工具。
这套亚太地区出现的单纳米尺度的成像系统体积十分庞大。据悉，除了助力科研，上海理工大学光子芯片研究院的另一项任务是助其“瘦身”，希望通过多学科聚焦，使其未来更好地运用到实验室科研工作中去。
来源：上海科技报 记者：吴苡婷
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