有没有一种可能，即便没有外部的光用来照明，人们也能看清微观的生物世界？浙江大学冯建东教授团队与哈尔滨工业大学赵唯淞教授团队8月12日晚在国际期刊《自然》发表题为“基于化学反应发光的超分辨成像方法”的研究论文。

该工作彻底摆脱了经典显微镜对“光激发”的依赖，转而利用化学反应产生的光信号，开发出一套全新的、无需外部光源的超分辨成像方法，为光学显微成像领域推开了一扇新的大门。

几乎所有的现代显微与分析仪器，都遵循着“光输入——相互作用——光输出”的检测范式。然而，外源输入的除了照亮微观世界的“光”，很多时候还会伴随着破坏性，不可避免地对样品本身带来影响。对于活细胞来说，这种影响则尤为显著。

可以做活细胞成像的超分辨荧光显微镜，存在光漂白、光毒性的先天局限，“看得清”和“看得久”二者不可得兼。

冯建东团队的思路是向内求索，化学反应甚至生命体本身就能够发光，何不利用这束微弱的光来成像？

“传统意义上我们理解显微镜，都会认为这是一个光学或者物理的事情，而我想用化学的方法来制造显微镜。”冯建东提道。经过长期的思考与探索，冯建东提出了自己的研究理念——用化学造镜，观化学之微，这也是对这项新技术最精准的概括。

团队自2018年起持续攻关，2021年首次证明了“用电化学发光反应实现单分子超分辨成像”的可行性。该成果被国际同行评价为“开创了基于化学途径的超分辨显微镜全新成像概念”。

经过五年探索，团队在原有研究基础上，推出了一套通用的化学反应发光超分辨成像框架，将成像模态从单一的电化学发光拓展至化学发光、生物发光三类反应体系，首次实现了活细胞多种细胞器的三维、高时空分辨成像，空间分辨率达100纳米，可与当前主流活细胞荧光超分辨技术相媲美。

RIED显微镜观察细胞骨架

更具突破性的是，这套新方法不仅解决了“看得清”的问题，同时也解决了荧光显微镜所面临的底层制约逻辑：高分辨率的获得需要强激光激发，而激光会杀死细胞。新方法得益于无外部激光激发的天然优势，活细胞成像不用再面临光漂白、光毒性等风险，其连续成像时长较同等条件下的荧光显微技术提升了上百倍。团队通过这个新方法首次完整追踪了单个线粒体跨细胞转移的动力学过程。

“使用传统的荧光显微镜，激光照到细胞上，最长十几分钟荧光分子就漂白了，功率加大还会对细胞活性造成不可逆的损伤。而我们的连续观测可长达41个小时，细胞状态依然很好，成像画面依然清晰。”论文第一作者、化学系博士后朱文鑫介绍，“观测时长的量变会引发活细胞成像的质变，我们相信这项技术未来还会有更广阔的应用空间。”

冯建东课题组的化学生物实验室、光学实验室一角

这一突破得益于多学科交叉合作。团队创新性地引入了“时空孤立采样”策略，高效收集在时间和空间上均呈现高波动特征的反应光子信号。这些化学过程信息被完整记录下来后，反过来可以提升成像分辨率。赵唯淞团队则为成像分辨率的突破提供了化学发光定制化的算法支撑。化学、光学、生物学和计算科学彼此赋能，最终催生了这项新技术。