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石墨烯層,讓超分辨率顯微鏡成為可能!10億分之一米也不在話下

     哥廷根大學研究人員開發了一種新方法,利用石墨烯不同尋常的性質與熒光(發光)分子進行電磁相互作用。這種方法能讓科學家第一次用光學方法測量極小的距離,約為1埃(十億分之一米),具有高精度和可重複性。這使得研究人員能夠用光學方法測量脂質雙層的厚度,脂質雙層是構成所有活細胞膜的物質。由Enderlein教授領導的哥廷根大學研究人員,使用一片僅有一個原子厚度(0.34 nm)的石墨烯來調制發光(熒光)分子接近石墨烯薄片時的發射。

     石墨烯優異的光學透明度及其通過空間調制分子發射能力使其成為測量單個分子與石墨烯薄片之間距離極其靈敏的工具。這種方法的精确度非常好,即使是1埃左右的最小距離變化也可以解決。科學家們能夠通過在石墨烯層上方沉積單個分子來顯示這一點。然後可以通過監測和評估光發射來确定距離。這種石墨烯誘導的分子光發射調制,為确定空間中的單分子位置提供了極其靈敏和精确的“尺子”,其研究成果發表在《自然光子學》期刊上。

     研究人員用這種方法測量單層脂質雙層的厚度,這種雙層由兩層脂肪酸鍊分子組成,總厚度隻有幾納米。研究的第一作者Arindam Ghosh說:我們的方法在超分辨率顯微鏡方面具有巨大潛力,因為它不僅能讓我們在橫向(就像以前的方法一樣)以納米分辨率定位單個分子,而且還可以沿着第三個方向以類似的精度定位單個分子,這使得在大分子長度尺度上實現真正的三維光學成像。第三物理研究所(生物物理學)所長Jrg Enderlein教授表示:

這将是一個具有衆多應用的強大工具,用于解決單個分子、分子複合體或小細胞器中亞納米精度的距離。單分子熒光成像已經成為幾乎所有研究領域不可或缺的工具,從基礎物理到生命科學。其最重要的應用是單分子定位超分辨顯微鏡(SMLM)(例如,光激活定位顯微鏡(Palm),随機光學重建顯微鏡(STORM),熒光棕榈(FPALM),直接風暴(DSTORM)和用于納米尺度形貌成像的點積累(Paint),它利用了一個事實,即單個分子圖像的中心位置,可以比圖像本身大小高得多的精确度來确定。

博科園|研究/來自:格羅甯根大學參考期刊《物理評論快報》DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.087603博科園|科學、科技、科研、科普

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