山西
2026年8月12日，浙江大学冯建东团队与哈尔滨工业大学赵唯淞团队合作在Nature上发表了题为：Luminescent-reaction-enabled super-resolution imaging的研究论文。研究团队开发了一种无需外部光激发的超分辨成像新技术，在国际上首次实现了化学反应发光特异性超分辨成像。
赵唯淞教授和冯建东教授为论文共同通讯作者，浙江大学博士后朱文鑫、博士研究生张弛和哈尔滨工业大学博士研究生桂家辉为论文共同第一作者。
研究背景及成果
荧光超分辨成像技术的出现突破了传统光学衍射极限，为解析细胞内部纳米尺度结构和动态生命过程提供了重要工具。然而，现有超分辨成像方法是建立在“光源照射-信号响应”的技术框架之上，在获得高空间分辨率的同时，不可避免地引入光毒性、光漂白以及背景信号干扰等问题，使长时间、高保真、低扰动的活细胞动态连续观测面临严峻挑战。如何突破经典超分辨成像模式，实现更加生物兼容、持续、高质量的超分辨观测，成为亟待解决的重要科学问题。
针对上述问题，该团队开发了一个基于化学的超高分辨率成像框架，即通过熵加权相关结合去卷积（RIED）实现的发光反应驱动超分辨率成像。作为一种实验计算概念，RIED引入了一种时空记录策略，用于揭示特定的发光反应驱动成像信息内容，这些信息通过高效收集和计算，采用适应反应驱动光子统计的重建策略实现超分辨率。该研究实现了细胞器超高分辨率的ECL、CL和BL成像，分辨率约为100纳米。该方法用于表面蛋白的高灵敏度成像以及线粒体转移动力学的41小时超长期连续超分辨率活细胞成像。
图1. RIED超分辨成像示意图及性能表征。比例尺：5 µm。
该研究成果从根本上突破光毒性、光损伤、自荧光干扰的限制，实现零背景、超长时程的连续动态活体超分辨成像，为跨时间尺度研究亚细胞结构演变及互作、微量分子超分辨检测等生命科学与生物医学研究提供了新的科学观测手段。
研究价值与启发
本研究原创提出反应发光驱动超分辨成像技术RIED（LRESI），突破传统荧光超分辨依赖外部激发光的底层框架。核心原理依托电化学发光、化学发光、生物发光三类无激发光化学反应发光体系，建立时空孤立信号采样策略，结合熵加权相关解卷积重建算法，从随机离散的化学反应光子信号中重构纳米尺度图像，实现最高约100 nm 空间分辨率，同时支持三维超分辨与高通量成像。该体系彻底消除激发光带来的光漂白、光毒性与细胞自发荧光背景，信噪比显著优于常规荧光显微。活细胞实验实现线粒体长达41 小时不间断纳米尺度动态追踪，攻克现有超分辨技术难以长时程观测活细胞亚细胞器演化的瓶颈；同时在细胞膜蛋白原位定量成像上展现独特优势。
图2. RIED-ECL的界面蛋白高灵敏定量应用。比例尺：a, 5 µm；b, 1 µm。
该研究开辟无激发光化学发光超分辨全新技术路线，打破超分辨成像必须依靠外部光源激发的固有范式，搭建起兼容ECL/CL/BL 的通用成像框架，为界面电化学、活细胞长时程动态生物学观测提供全新平台。
研究团队针对化学反应发光信号随机、间歇性波动的特征开发专属图像重建算法，解决化学发光长期无法突破衍射极限的技术难题；打通体外生物传感、活细胞动态追踪两大应用场景，实现从单分子界面观测延伸至长时间活细胞动态研究。
研究融合光学系统搭建、发光探针化学设计、随机信号数学重构算法、长时间活细胞生物验证完整闭环；跳出改良荧光探针的传统思路，从发光物理机制源头创新显微方法，适合生物光子学、单分子成像、计算显微方向课题参考。
（来源：哈尔滨工业大学、Nature版权属原作者 谨致谢意）
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