單分子熒光成像已成為必不可少的工具，它可用于幾乎所有研究領(lǐng)域，從基礎(chǔ)物理學(xué)到生命科學(xué)。其中最重要的應(yīng)用是單分子定位技術(shù)的超分辨顯微成像（SMLM）（例如，光活化定位顯微鏡（PALM），隨機(jī)光學(xué)重構(gòu)顯微鏡（STORM），熒光PALM（fPALM），直接STORM（dSTORM）和點(diǎn)積累在納米尺度的地形成像技術(shù)（PAINT），這是因?yàn)閱蝹€分子成像的中心位置可以被精確的確定。然而，SMLM面臨的一個重大挑戰(zhàn)就是實(shí)現(xiàn)沿第三方向的超分辨率。最近研究報道，金屬誘導(dǎo)能量轉(zhuǎn)移（MIET）可以軸向定位熒光發(fā)射器，這是利用金屬薄膜中熒光團(tuán)的激發(fā)將能量轉(zhuǎn)移到等離子體中。在這里，用石墨烯作為“金屬”層，可以提高M(jìn)IET接近十倍的定位精度，該工作通過軸向定位單個發(fā)射源和通過測量單個脂質(zhì)雙層的厚度（該脂質(zhì)雙層由兩層脂肪酸鏈分子構(gòu)成，總厚度僅為幾納米）來證明這一點(diǎn)。
Figure 1. 石墨烯基MIET。（a）gMIET實(shí)驗(yàn)的示意圖，（b）相對熒光壽命τ/τ
0作為距離z
0的函數(shù)。
Figure 2. 石墨烯基MIET軸向定位單個分子相關(guān)的一系列表征。（a）熒光衰減曲線，（b）壽命分布曲線，（c）測量的散焦寬域圖像，（d）分子取向分布的柱狀圖，（e）計算的gMIET校正曲線，（f）距離分布（參照圖b和圖e獲得）。
Figure 3. 石墨烯基MIET測量SLBs的厚度。（a）雙層實(shí)驗(yàn)的MIET曲線，（b）線性偏振激發(fā)下的GUV圖像，（c）DLPC的壽命分布，（d）距離分布（對應(yīng)于圖c），（e，f）DOPC的壽命分布及距離分布。
該研究團(tuán)隊使用一片只有一個原子厚度（0.34 nm)的石墨烯，用于調(diào)制熒光分子接近石墨烯片時的發(fā)射。石墨烯優(yōu)異的光學(xué)透明性及其通過空間調(diào)制分子發(fā)射的能力使其成為測量石墨烯片中單分子距離極其靈敏的工具。這種方法的準(zhǔn)確性很高，即使是最微小的距離變化大約1埃也可以解決。該超分辨率顯微鏡方法具有巨大的應(yīng)用潛力，因?yàn)樗粌H可以橫向定位納米分辨率的單分子，而且沿第三方向具有相似的精度，這使得大分子長尺度三維光學(xué)成像成為可能。這一個功能強(qiáng)大的工具可用于解決單個分子、分子復(fù)合物或小細(xì)胞細(xì)胞器中亞納米級精度的距離問題。
該研究工作由哥廷根大學(xué)的Jörg Enderlein研究團(tuán)隊于2019年發(fā)表在Nature Photonics頂級期刊上。原文：Graphene-based metal-induced energy transfer for sub-nanometre optical localization（DOI: 10.1038/s41566-019-0510-7）
