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Developing Microscopy Techniques for Single Cell, Single Nanoparticle, and Single Molecule Imaging.

 

研究方向之一 高分辨电化学阻抗显微镜
电化学作为一种高灵敏度的通用检测手段一直是分析化学研究的重要组成部分之一。但是电化学方法有一个重要的缺陷既是空间分辨率的不足——电极表面各处的局部电化学电流只能汇总到一根导线以电化学仪器检测。然而电极表面并非处处均匀,以一个平均值来描述是远远不够的。只有获取电极表面各处的局部电流密度图像才能更全面地研究界面电化学过程,更充分利用电化学技术的能力。
 
此电化学阻抗显微镜有两个重要的应用领域:单细胞电化学和纳米电化学。
借助该显微镜,课题组观察了单细胞内的电化学阻抗分布图(如左图所示),并实时观察了一个单细胞在电穿孔过程中的阻抗分布图随时间的变化,从而可以获知电穿孔过程中表面微孔的形成、分布和演化(视频1)。详见Nature Chemistry 2011.
借助其高分辨率,此技术还可以实时观察单个纳米粒子表面氢气电还原过程,获取单个纳米粒子的循环伏安曲线。(如右图,详见Nature Nanotechnology, 2012)

   
研究方向之二 免标记单细胞成像
课题组的另一个研究方向是基于表面等离子共振显微镜的免标记单细胞成像。该显微镜能够不需要荧光或纳米粒子标记的情况下获取单细胞的质量分布图像,从而可以对细胞迁移,收缩,和细胞表面的分子相互作用进行研究。
除细胞外,显微镜还可以用于病毒颗粒,细菌,细胞器等对象的观察研究。
相关材料:一个细胞在化学试剂诱导下的定向移动,视频
单细胞在外界渗透压改变情况下的收缩行为,视频
配体与膜蛋白在细胞表面的原位结合动力学过程,视频
详见 (2012, Nature Chemistry)
   
表面等离子显微镜下丰富多彩的单细胞行为
单细胞在化学试剂诱导下的定向移动,下载视频 .mov文件
(处于饥饿状态的细胞,受到位于左侧的营养物刺激,产生趋向营养物的定向移动。记录时间1小时。视野大小60X80微米)
单细胞的渗透压响应,下载视频 .mov文件
(改变胞外渗透压时,单细胞上不同区域的不同响应。记录时间20分钟,视野大小60X80微米)
单细胞电穿孔过程中表面微孔的形成和演化,下载视频 .mov文件