可再激活受激發射損耗顯微術(ReSTED)的特性與應用
本研究成果由Qiqi Yang、Akimitsu Narita、Mischa Bonn、Xiaomin Liu等20位學者合作完成，論文題為《Reactivatable stimulated emission depletion microscopy using fluorescence-recoverable nanographene》，于2025年2月在線發表于《Nature Communications》期刊。
重要發現
01納米石墨烯的光物理特性革新STED原理
傳統STED技術的瓶頸在于：
光漂白限制：高強度耗盡光（通常775 nm）永久破壞熒光分子，導致分辨率提升以犧牲成像時間為代價。
環境依賴：抗淬滅劑的使用限制生物應用場景。
DBOV-Mes的引入顛覆了這一局限：
熒光可逆切換機制：
關閉狀態：561 nm激發光引發雙光子電離，DBOV-Mes釋放電子形成非熒光的自由基陽離子（DBOV-Mes⁺）。
開啟狀態：775 nm耗盡光被DBOV-Mes⁺吸收，觸發單光子誘導的電子重組，恢復熒光。
高穩定性：連續7次“開-關”循環后熒光強度無衰減，而傳統熒光分子損失超30%。
02ReSTED成像性能驗證
實驗設計：分辨率提升：DBOV-Mes嵌入聚苯乙烯薄膜后，STED成像分辨率達73nm（共聚焦為119nm），揭示亞微米結構。
長時程3D成像：對玻璃基底裂紋進行1小時三維掃描（層厚0.15μm），熒光保留率超70%，總成像時間73分鐘。
生物應用：
標記脂質體藥物載體：
新鮮脂質體（直徑20-100nm）實現184nm分辨率3D成像。
儲存1年的脂質體發生形變（囊泡融合），STED清晰分辨簇狀大囊泡。
DBOV-Mes在空氣與PBS緩沖液中熒光恢復率達100%，而水中僅部分恢復（電子被水分子捕獲）。這一特性使其成為首個無需抗淬滅劑的高分辨成像探針。
創新與亮點
01突破性技術將“耗竭光”轉化為“再生工具”
傳統STED的耗盡光必然導致熒光損失，而ReSTED創新性地利用同一束775nm光同時實現兩種功能：
上坡路：對掃描區域進行熒光耗竭（提升分辨率）。
下坡路：對鄰近區域進行熒光激活（延長壽命）。
這種“邊破壞邊修復”的循環機制，使分辨率和成像時間從“二選一”變為“全都要”。
02應用價值：推開活細胞長時程成像大門藥物研發：首次實現脂質體載體在近生理環境（PBS）下的長期超分辨監控，為藥物釋放機制研究提供工具。
材料科學：納米級玻璃裂紋的3D演化觀測，助力材料失效分析。
成本優勢：擺脫商業抗淬滅劑依賴，降低成像成本90%以上。
03從實驗室到臨床的潛力核心技術已申請國際專利，覆蓋探針設計（DBOV-Mes衍生物）與成像系統。水溶性納米石墨烯的同步開發，將加速其在臨床診斷中的應用。
總結與展望ReSTED技術通過納米石墨烯DBOV-Mes的光物理特性重塑了STED顯微原理，解決了光漂白這一40年未解的難題。
其核心價值在于：
無需抗淬滅劑實現小時級3D成像；
兼容生物環境；
分辨率突破至73nm。
當前限制主要在于水環境中的不完全恢復（電子被水捕獲），未來可通過開發水溶性納米石墨烯（如已報道的氮摻雜DBOV）或優化激光參數（連續光替代脈沖光）進一步突破。隨著多色納米石墨烯（覆蓋可見-近紅外光譜）的發展，ReSTED有望成為活細胞超分辨成像的通用平臺，推動癌癥動態追蹤、神經突觸傳輸等前沿研究。
論文信息聲明：本文僅用作學術目的。
Yang Q, Failla AV, Turunen P, Mateos-Maroto A, Gai M, Zuschratter W, Westendorf S, Gelléri M, Chen Q, Goudappagouda, Zhao H, Zhu X, Morsbach S, Scheele M, Yan W, Landfester K, Kabe R, Bonn M, Narita A, Liu X. Reactivatable stimulated emission depletion microscopy using fluorescence-recoverable nanographene. Nat Commun. 2025 Feb 4;16(1):1341.
DOI:10.1038/s41467-025-56401-z.
