摘要：细胞作为生命活动的基本单元，其内部的亚细胞结构和动态行为一直是生物医学研究的核心。然而，传统光学显微镜的分辨率限制使得许多小于 200 nm 的亚细胞结构难以被清晰观察。近年来，超分辨显微镜技术的飞速发展打破了这一限制，让活细胞内的纳米级结构和动态变化得以呈现

细胞作为生命活动的基本单元，其内部的亚细胞结构和动态行为一直是生物医学研究的核心。然而，传统光学显微镜的分辨率限制使得许多小于 200 nm 的亚细胞结构难以被清晰观察。近年来，超分辨显微镜技术的飞速发展打破了这一限制，让活细胞内的纳米级结构和动态变化得以呈现。而荧光纳米探针（FNPs）的出现，更是为超分辨成像提供了性能卓越的工具，本文将深入探讨 FNPs 在活细胞超分辨成像中的应用与发展。

文章首先介绍了超分辨成像技术的三种主流方法：基于光学传递函数扩展的宽场成像方法（如结构化照明显微镜 SIM）、基于点扩散函数调制的激光扫描成像方法（如受激发射耗尽显微镜 STED）以及单分子定位显微镜技术（如光激活定位显微镜 PALM 和随机光学重建显微镜 STORM）。每种方法都有其独特的成像原理和性能优势，例如 SIM 成像速度快但分辨率提升有限，STED 在分辨率和速度上表现出色但光毒性较大，而 SMLM 能实现高空间分辨率但成像速度慢且需要特殊荧光标记。

在荧光纳米探针的开发与应用方面，研究者们取得了显著进展。例如，染料负载型纳米颗粒通过在表面修饰多个具有优异光学性能的荧光染料，提高了亮度和稳定性，被广泛应用于成像领域。2020 年，Diao 等人开发的 Cy5@Au NP 纳米探针，能够被动靶向溶酶体并通过内吞作用进入细胞，展现出对溶酶体微环境变化的高度耐受性以及低光漂白性，可用于溶酶体动态过程的长期标记和追踪。此外，金属簇因其独特的光学性质和良好的生物相容性，也被开发为超分辨成像探针。2022 年，Diao 团队开发的 BSA-Au NCs 和 BSA-Ag NCs 探针，能够在 SIM 成像下实现对溶酶体的超长期抗光漂白追踪，且不受 pH 波动影响。

对于 STED 成像，理想的探针需要具备高亮度、光稳定性以及与激发和耗尽光束波长匹配的发射峰等特性。碳点（CDs）因其优异的生物相容性、高光稳定性和可调谐的发射特性，成为 STED 成像的有力候选。2014 年，Pompa 等人首次将 CDs 应用于 STED 显微镜下的亚细胞成像，实现了从 170 nm 到 54 nm 的分辨率提升。聚合物点（PDs）也因其高亮度、抗光漂白性和低毒性，在 STED 成像中展现出巨大潜力。2018 年，Wu 等人采用 40 nm 的 PDs 进行 STED 成像，能够实现对活细胞内囊泡动态融合和分裂过程的可视化。

在 SMLM 成像中，荧光探针需要具备可逆或不可逆的光转换、光激活或强光闪烁等特性，以实现暗态和亮态之间的循环。2021 年，Wiesner 等人开发的超小荧光核壳铝硅酸盐纳米颗粒，能够实现单激发源的 STORM 成像，并在常规（无毒性）成像缓冲液中使用。这些纳米颗粒通过共价封装有机荧光染料，提高了染料的亮度和光稳定性，使得研究人员能够在活细胞中实现 STORM 成像，并定量测量细胞内囊泡的大小和每个囊泡中的颗粒数量。

荧光纳米探针与超分辨显微镜技术的结合，为深入探究细胞内的复杂动态提供了强大的工具。尽管 FNPs 在超分辨成像中取得了诸多突破，但仍面临诸如纳米颗粒尺寸较大、表面化学复杂等挑战，这限制了其在细胞内靶向递送和特异性标记亚细胞结构的能力。未来的研究需要致力于设计和合成更小、更亮的发光纳米颗粒，同时解决探针如何实现亚细胞结构特异性标记的问题。随着材料科学和纳米技术的不断发展，我们期待 FNPs 在超分辨成像领域带来更多创新成果，为生命科学的发展注入新动力。

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来源：凯视迈精密测量