片上無標記超分辨顯微成像技術作為一種新型的超分辨技術，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勢。借助于高折射率薄膜波導對光場的約束，該類成像技術能夠在上千平方微米內實現高信噪比的超分辨顯微成像。有關器件的制備工藝與傳統半導體加工工藝相兼容，易于大規模生產。但是，由于樣品空間頻譜的缺失和混疊效應，已報道的片上無標記超分辨顯微技術都存在成像扭曲以及黏連等問題，開發一款無變形非標記遠場超分辨顯微芯片，對于該類技術走向實際應用具有重要意義。
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，南京工業大學黃維院士及王建浦教授團隊合作，結合寬波段聚合物發光薄膜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，該團隊實現了對二維復雜刻蝕結構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，成像結果與樣品的原子力顯微鏡以及電子顯微鏡圖實現了很好的吻合（見圖2）。
圖1. a.聚合物F8BT的化學結構式；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”的遠場重構圖；e. 漢字“光”的原子力顯微鏡圖。f.對應圖e中紅色虛線框內的原子力顯微鏡放大圖；g. 沿圖2a,d,e中對應虛線位置處的輪廓曲線圖。
許多生物學過程發生在亞細胞結構，相應的尺寸大多在幾十到數百納米之間，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展的需要。打破衍射極限，實現超分辨成像，對人類科學取得突破性進展至關重要，因而成為一個熱門研究領域。2014年諾貝爾化學獎頒給了Stefan W. Hell，Eric Betzig 和 William E. Moerner，以表彰他們發明的受激發射損耗顯微成像（Stimulated Emission Depletion（STED）microscopy）和單分子顯微成像（Single-molecule Microscopy）技術。目前，這類熒光標記型超分辨顯微技術已取得了優于30nm的分辨率，并對生命科學領域的發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對亞細胞結構的動態觀察，以及在芯片檢測和材料檢測等非生物領域的應用。
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勢。但是，目前已報道的無標記型超分辨成像技術，如極透鏡技術、微球接觸技術和納米線環照明技術，的放大倍率大都與樣品的結構和尺寸有關，成像結果面臨著圖像扭曲變形問題。探索并發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注的難點與熱點。
與受激發射損耗顯微成像和單分子顯微成像等技術相比，該片上移頻成像技術無需對樣品進行染色處理，以低廉的成本賦予了傳統顯微鏡系統超分辨成像能力。同時，成像結果有效消除了已報道無標記型超分辨技術所面臨的成像變形問題。該移頻芯片的制備過程簡單，適合大規模生產，未來，通過與片上集成光學系統結合，有望成為一種快速診斷工具，在生物醫學，材料學等領域得到應用。相關研究成果發表在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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