Research

Chemical Imaging: 化学成像

       探索新的科学现象和规律离不开观察测量技术的发展。经典的化学研究往往将研究对象视为均相体系,测量结果是体系中大量个体(分子、纳米颗粒等)的系综平均行为。然而,真实的化学反应过程在时间和空间上都表现出显著的非均一性,因此亟待发展具有优异时间和空间分辨能力的化学成像技术,通过微纳尺度的成像与测量发现新的科学现象,揭示新的科学规律,不断推动对微观化学过程的认知极限。

      自17世纪Robert Hooke获得第一张单细胞的光学图像以来,各种各样的光学显微镜长期被认为是生命科学而非化学科学的重要研究工具。这主要是因为光学显微镜亚微米级的分辨率适合于细胞器、细胞(细菌)和组织成像,而与化学科学研究对象的尺度相去甚远。上世纪90年代,荧光显微镜成功实现了对单个有机荧光分子和单个半导体量子点的原位成像与定量测量。随后,超分辨荧光成像、暗场散射、近场光学、拉曼散射、表面等离激元共振、光热成像等多种光学显微成像技术充分展示了其在分子科学和材料科学等化学相关领域的巨大潜力,从而翻开了基于光学显微镜的化学成像研究的新篇章。

        本课题组坚持技术导向和问题导向并重的研究策略。在技术发展方面,主要着眼于以下光学成像技术的成像原理、装置搭建、性能优化、联用技术和图像数据分析等技术问题的解决和突破。主要成像技术包括: 1)表面等离激元共振显微成像; 2)荧光成像; 3)暗场散射;4)光热显微成像(详见Technology部分)。在此基础上,针对下列科学问题开展科学探索:1)显微电化学:界面电子转移过程的可视化;2)单颗粒催化:单个纳米颗粒的化学反应成像与测量;3)表面物理化学:纳米气泡和纳米液滴的行为和规律;4)单分子分析与单分子反应动力学;5)基于完整细胞的药物筛选。

    We are committed to developing advanced optical microscopy for imaging chemical processes of single nanoparticles, single molecules and single cells. Particular interests are given to 1) microscopic electrochemistry - imaging electrochemical current optically; 2) nanocatalysis - operando watching electron transfer in single nanocatalysts and interrogating the functional heterogeneity among individuals; 3) nanobubbles and nanodroplets at solid-liquid interface; 4) single molecule detection and dynamics; and 5) intact cell-based drug screening. Active studies are based on the following optical techniques in our current toolbox, that are surface plasmon resonance microscopy, dark-field microscopy, fluorescence microscopy, and photothermal microscopy.

 

 

The Chemical Imaging Lab, School of Chemistry and Chemical Engineering, Nanjing University

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