基于荧光可恢复纳米石墨烯的可激活受激发射损耗显微镜：突破成像局限，开启微观世界新视野

在受激发射损耗（STED）显微镜中，存在空间分辨率和成像时间的权衡问题。研究人员基于纳米石墨烯二苯并 [hi,st] 苝（DBOV）的光物理性质开展可激活 STED（ReSTED）研究。结果显示该技术可实现长时间、高分辨率 3D STED 成像，拓展了 STED 显微镜的应用。

在微观世界的探索中，光学显微镜一直是科研人员的得力助手。受激发射损耗（STED）显微镜作为一种关键的光学超分辨率成像方法，能够将我们观察细节的能力提升到几十纳米的分辨率水平，让科研人员得以窥探细胞和生物分子的精细结构。然而，这一强大的技术却存在一个棘手的问题：其分辨率依赖于荧光团的去激发效率，提高分辨率往往需要增加耗尽激光的功率，但高功率照射会导致荧光团光漂白，使荧光永久熄灭。这就如同鱼与熊掌不可兼得，在追求高分辨率时，成像时间受到极大限制，严重影响了对样本进行长时间或三维（3D）成像的能力，成为了 STED 显微镜发展道路上的 “拦路虎”。

为了攻克这一难题，来自德国马克斯・普朗克聚合物研究所（Max Planck Institute for Polymer Research）、日本冲绳科学技术大学院大学（Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University）等多个研究机构的研究人员携手开展了深入研究。他们将目光聚焦于纳米石墨烯二苯并 [hi,st] 苝（DBOV）独特的光物理性质，致力于开发一种全新的成像技术，以突破传统 STED 显微镜的局限。

经过不懈努力，研究人员取得了令人瞩目的成果。他们成功开发出可激活 STED（ReSTED）成像技术，基于 DBOV 的特殊性质，其荧光在受到高功率 STED 光束照射时，并非像其他荧光团那样发生光漂白，而是暂时失活，并且能通过近红外光（包括 775nm 的耗尽光束）重新激活。这一特性使得利用该技术进行长达数小时的高分辨率 3D STED 成像成为可能，大大拓展了 STED 显微镜的应用范围。相关研究成果发表在《Nature Communications》上，为微观成像领域带来了新的曙光。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过多种显微镜技术，如 Zeiss Axio Examiner.Z1 显微镜、Leica Stellaris 8 STED 显微镜等，对 DBOV-Mes 进行成像观察，以研究其在不同光束照射下的荧光特性及成像效果。其次，利用吸收光谱和电位调制吸收光谱（EMAS）技术，对 DBOV-Mes 的吸收光谱及氧化还原过程进行测量分析，从而深入了解其光物理性质。此外，通过制备不同的样本，如将 DBOV-Mes 嵌入聚苯乙烯（PS）薄膜、标记仿生脂质体等，来测试 ReSTED 技术在不同体系中的成像性能。

下面来详细看看研究结果：

1. DBOV-Mes 的光物理性质：研究发现，高强度的 STED 光束对 DBOV-Mes 分子的光漂白 / 猝灭作用可忽略不计，这得益于其刚性的 π 共轭结构带来的高化学稳定性。在仅受激发光束（如 561nm）照射时，DBOV-Mes 的荧光强度会逐渐降低，但这种失活的荧光能被 STED / 耗尽光束恢复。研究人员提出光致电离和光激发复合分别是其失活和重新激活的过程。
2. DBOV-Mes 的重新激活特性：一系列实验对 DBOV-Mes 的失活和重新激活过程进行了深入研究。研究表明，失活过程符合双光子电离过程，重新激活过程符合单光子重新激活过程。并且，这种失活和重新激活过程具有良好的重复性，经过多次循环，荧光强度无明显降低。
3. DBOV-Mes 用于 STED 成像的优越性能：实验表明，DBOV-