电化学发光是指具有发光活性的物质通过在电极表面发生化学反应而实现发光，使分子产生光信号的一种形式。已在体外免疫诊断、影像分析等领域应用。

“在溶液系统中很难对单分子化学反应进行直接光学捕获。”冯建东介绍，单分子化学反应伴随的光、电、磁信号变化非常微弱，化学反应过程和位置具有随机性，难以控制和追踪。

如何实现微弱甚至单分子级电化学发光信号的测量和成像？如何实现电化学发光成像领域突破光学衍射极限的超高时空分辨率成像，即超分辨率电化学??发光成像？ 3年来，冯建东团队一直致力于这两大问题的研究。通过将自制的电化学测量系统与皮安级电流检测能力和宽视场超分辨率光学显微镜相结合，构建了一套高效的电化学发光系统。控制、测量和成像系统。 “通过构建灵敏的检测系统，该团队同步了电压施加、电流测量和光学成像，并通过时空隔离捕获了单分子反应产生的发光信号。”论文第一作者、浙江大学化学系博士生董金润说。

从空间的角度，研究团队通过不断稀释和控制溶液中分子的浓度，实现了单分子空间隔离。在时间上，通过快速拍照，最快1秒可拍摄1300张照片，消除相邻分子之间的相互干扰。

利用这套光电控制与测量平台，该团队首次实现了单分子电化学发光信号的空间成像。其成像特点是可以在暗室中操作，无需借助外部光源。

多重曝光合成叠加，实现纳米级超高分辨率

如今，传统光学显微镜工作在数百纳米或更多，高分辨率电子显微镜和扫描探针显微镜可以揭示原子尺度。 “然而，可用于在原位、动态和解决方案系统中观察几纳米到数百纳米尺度的技术非常有限。”冯建东提到，主要原因是光学成像分辨率受限于光的衍射极限，即光学成像分辨率不足。非常靠近的两个点很难区分。

为此，冯建东团队开始研究基于单分子信号图像获取的电化学发光超分辨成像。受超分辨荧光显微技术的启发，研究团队采用空间分子反应定位的光学重建方法进行成像。

“就像人们在夜晚仰望星空。你可以通过星星的‘闪烁’来区分非常接近的两颗星星。”冯建东介绍，技术原理是在空间中定位发光位置。然后，通过在每一帧中叠加孤立分子的反应位置信息，就可以构建化学反应位点的“星座”。

为了验证这种成像方法的可行性和定位算法的准确性，研究团队采用精密加工的方法，在电极表面制作条纹图案作为已知的成像模板，并进行对比成像.条纹间隔为数百纳米。

记者看到，微纳结构的单分子电化学发光成像与电镜成像结果高度一致。此外，单分子电化学发光成像将传统电化学发光显微成像的空间分辨率从数百纳米提高到前所未有的 24 纳米。

研究小组继续使用成像技术 应用于生物细胞的显微成像。对细胞基质粘附进行单分子电化学发光成像，观察其随时间的动态变化。成像结果可与荧光超分辨成像进行关联对比，分辨率也可与荧光超分辨成像相媲美。

“与荧光成像技术相比，电化学发光成像不需要标记细胞结构，这意味着它不容易影响细胞状态，并且可能对细胞具有潜在的友好性。”冯建东表示，未来，这种显微技术将作为研究工具，在单分子水平上揭示更多的化学奥秘。它还有助于揭示更清晰的生物结构，并了解生命的基本单位细胞是如何工作的。

文章来源：《化学教与学》 网址: http://www.hxjyxzz.cn/zonghexinwen/2021/0816/978.html