作为第一位获美国麦克阿瑟基金会“天才奖”，也是最年轻美国科学院华人院士的女科学家，庄小威教授获得了许多重要成果，尤其是在生物物理显微成像领域。近期，庄小威教授与另外两位研究人员发表文章，介绍了其研究组在超分辨率细胞成像方面的最新进展：超亮光敏荧光基团。这一研究成果发表在《Nature Methods》在线版上。

光学显微镜技术受限于光的波长，而电子显微镜虽然可以达到纳米级的分辨率，但通电容易造成样品破坏，因此能观测的样本相当有限。近年来，超高分辨率荧光显微镜取得了重大突破，使得研究者可以从纳米级观测细胞突起的伸展，从而结束了200-750纳米大小范围模糊团块的时代。

这些超高分辨率荧光显微镜技术有些基于图像照明，比如受激发射减损（STED）以及相关的RESOLFT显微技术，还有饱和结构光照明显微镜（SSIM）；有些基于单分子开关和定位，比如随机光学重建显微镜（STORM）和光敏定位显微技术（PALM）。利用这些方法，生物样品成像分辨率可达10-100纳米，从而令研究人员观察到亚细胞结构的具体细节。

然而，大部分蛋白分子只有几纳米，要直接解析细胞中这些分子的相互作用，还需要更高的分辨率。在这篇文章中，研究人员介绍了一种实验方法，可以将荧光基团化学转换成对荧光状态光敏感的稳定暗态（dark state），从而再次提高超高分辨率荧光显微镜技术的分辨率。

STORM和(F)PALM方法都能通过顺序开关和单个荧光基团定位构建探针高分辨率图谱，这需要这些探针在暗态中准备好，并带有一部分能随时开启的开关。此前曾利用过多种光控开关和光敏荧光探针，比如一些有机染料、荧光蛋白和量子点，但部分由于这些荧光基团无法在暗态中准备，限制了高分辨率成像的发展。

研究人员提供的这种实验程序方法详细介绍了荧光染料和还原剂（NaBH4）的准备方法，解决了将荧光基团化学转换成对荧光状态光敏感的稳定暗态的问题。这种方法能在原位进行，由于还原染料的吸收光谱具有强烈的蓝色转移，因此染料能有效地转换进暗态。该方法能用于多种可见光谱荧光基团，因此将在超高分辨率显微技术中发挥重要作用。

庄小威教授一直从事生物物理显微成像方面的研究。她在2005年发现了一种能够几百次地反复在各种颜色的光照下使用的、能够驱动为荧光态和暗态的发光分子团，从而得到了一种比传统光学显微镜高10倍以上分辨率的显微技术，并将这种技术命名为随机光学重建显微法（STORM）。

之后，她又在2007年发现了特殊的荧光探针家族，实现了多色随机光学重建显微法（multicolor STORM），并利用这种方法以20-30纳米级别的分辨率演示了DNA模式样品和哺乳动物细胞的多色成像。2011年，她与著名华人院士谢晓亮利用超分辨率荧光显微镜对活体大肠杆菌细胞内的拟核相关蛋白（NAPs）进行了跟踪观察，并由此揭示了细菌遗传物质组织机制。

近期，该研究组还找到了光控膜探针，利用超高分辨率荧光成像技术对细胞膜进行了分析。他们的研究证明了这8个常用的膜探针具有光控能力，能特异性作用于细胞膜、线粒体、内质网或溶酶体。（来源：生物通 张迪）