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著名華裔學(xué)者崔便曉（Bianxiao Cui）和崔屹（Yi Cui）教授多年前曾是中國(guó)科技大學(xué)一起并肩苦讀的大學(xué)校友，如今兩人分別供職在美國(guó)斯坦福大學(xué)的化學(xué)系和材料科學(xué)與工程系。崔屹是一位材料科學(xué)家，主要從事蓄電池和太陽(yáng)能電池的納米材料研制工作。崔便曉目前的主要研究方向是在神經(jīng)元中開展單分子成像分析。近期二人共同攜手合作開發(fā)了一種新技術(shù)用于細(xì)胞內(nèi)單分子檢測(cè)，相關(guān)研究論文發(fā)表在《美國(guó)科學(xué)院院刊》（PNAS）上，并獲得了著名國(guó)際期刊《自然方法學(xué)》（Nature methods）的推薦。
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“單分子成像技術(shù)的一個(gè)最大問(wèn)題是它的熒光背景，”崔便曉說(shuō)道：“于是我們考慮到利用納米技術(shù)提供幫助。”
目前常規(guī)的技術(shù)例如全內(nèi)反射熒光顯微鏡（TIRF microscopy）是利用光線全反射后在介質(zhì)另一面產(chǎn)生衰逝波地特性，激發(fā)熒光分子以觀察熒光標(biāo)定樣品的極薄區(qū)域。因?yàn)榧ぐl(fā)光呈指數(shù)衰減的特性，使得極靠近全反射面的樣本區(qū)域會(huì)產(chǎn)生熒光反射，大大降低了熒光背景。然而全內(nèi)反射熒光顯微鏡的一個(gè)主要的局限在于它激發(fā)的是一維的衰逝波，研究人員希望能夠找到一種方法將衰逝波限制在三維的小空間內(nèi)。。
在這篇文章中，研究人員利用了一種稱之為“零模式波導(dǎo)” (zero mode waveguide, ZMW)的方法。目前這種方法主要運(yùn)用于高通量測(cè)序中。所謂的ZMW實(shí)際上就是在一片金屬薄片上蝕刻出納米級(jí)的小孔，由于ZMW小孔的孔徑非常狹小，照射在金屬面上的光線便可被限制在小孔中。“我們的技術(shù)在某些方面與ZMW方法非常相似，”崔便曉說(shuō)：“然而不同的是我們沒(méi)有采用金屬打孔，而是選擇了納米柱（nanopillar）。”
研究人員在一個(gè)金屬包覆的附著層上構(gòu)筑出直徑為100-150納米的透明納米柱。由于納米柱的直徑非常的小，照射到金屬層上的光線大部分都無(wú)法通過(guò)這些納米柱。而少量的光線在通過(guò)納米柱后則生成了環(huán)繞納米柱表面的三維衰逝波。
“利用這種技術(shù)我們可以清楚地識(shí)別細(xì)胞間的界面。這為我們將激發(fā)光在空間上準(zhǔn)確地投射到細(xì)胞內(nèi)提供了可能。而當(dāng)我們利用激發(fā)光照射通過(guò)胞質(zhì)溶膠中表達(dá)GFP的單個(gè)細(xì)胞的納米柱時(shí)，則僅在納米位點(diǎn)生成了熒光斑點(diǎn)，”崔便曉說(shuō)。
在實(shí)驗(yàn)中，研究人員利用模型模擬了納米柱頂端和邊緣的光線衰減。他們估計(jì)出觀察體積大約為10-16升，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于用兩光子激發(fā)獲得的數(shù)量級(jí)?，F(xiàn)在研究人員已在這些納米柱上培育了皮質(zhì)神經(jīng)元、海馬神經(jīng)元、心肌細(xì)胞和大量的哺乳動(dòng)物細(xì)胞系，所有的細(xì)胞系目前看起來(lái)均生長(zhǎng)良好。“掃描電子顯微鏡的照片表明細(xì)胞看起來(lái)似乎吞沒(méi)了這些納米柱因?yàn)檫@些納米柱的尺寸非常小，細(xì)胞將其視為了某種細(xì)胞器，并能識(shí)別這些納米柱的大小，”崔便曉說(shuō)。
盡管過(guò)去有其他研究組利用納米柱將分子呈遞至細(xì)胞，然而卻一直未能獲得明確的數(shù)據(jù)確定這些納米柱是在細(xì)胞內(nèi)或是胞外發(fā)光。掃描電子顯微鏡的照片表明細(xì)胞看起來(lái)似乎吞沒(méi)了這些納米柱，但目前的分辨率還不足以確定納米柱和細(xì)胞質(zhì)之間是否還存在包膜。這尚待研究人員進(jìn)一步研究檢測(cè)。
目前，崔便曉和她的實(shí)驗(yàn)室成員正在利用這些納米柱開展實(shí)驗(yàn)研究細(xì)胞中的單分子行為。
作者簡(jiǎn)介：
崔便曉
崔便曉教授是現(xiàn)美國(guó)能源部長(zhǎng)朱棣文的學(xué)生，曾在他的試驗(yàn)室工作六年。她1998年畢業(yè)于中國(guó)科技大學(xué)，2003年獲得美國(guó)芝加哥大學(xué)化學(xué)博士學(xué)位，隨后進(jìn)入美國(guó)斯坦福大學(xué)。
崔便曉教授已經(jīng)獲得多個(gè)學(xué)術(shù)大獎(jiǎng)，其中包括：2002年Elizabeth Norton杰出化學(xué)研究獎(jiǎng)、2006年美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生院獨(dú)立成就獎(jiǎng)（NIH Pathway to Independence Career Award）、2008年Dreyfus新教授獎(jiǎng)及2009年Searle學(xué)者獎(jiǎng)。她的研究專注在透過(guò)模擬及觀察個(gè)別分子在活細(xì)胞中狀態(tài)以了解神經(jīng)原的訊號(hào)的傳遞。
崔屹
1998年畢業(yè)于中國(guó)科技大學(xué)，并于當(dāng)年進(jìn)入哈佛大學(xué)深造，師從世界納米權(quán)威之一的里柏教授。曾于2001年獲得美國(guó)材料科學(xué)學(xué)會(huì)頒發(fā)的“研究生金獎(jiǎng)”、2002年由遠(yuǎn)見(jiàn)學(xué)會(huì)頒發(fā)的“納米科技杰出研究生獎(jiǎng)”。他2002年獲得化學(xué)博士學(xué)位的同時(shí)，還獲得了柏克萊加大米勒學(xué)者獎(jiǎng)學(xué)金。2004年入選“世界頂尖青年發(fā)明家”。
崔屹目前從事“半導(dǎo)體納米材料的合成性以及應(yīng)用”的研究。在過(guò)去幾年中，在納米技術(shù)研究領(lǐng)域做出幾項(xiàng)突破性的研究成果，并取得幾項(xiàng)專利。這些專利包括：納米三極管/場(chǎng)效應(yīng)管、納米傳感器、半導(dǎo)體納米材料自行排列法的應(yīng)用、單電子三極管。
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研究人員在一個(gè)金屬包覆的附著層上構(gòu)筑出直徑為100-150納米的透明納米柱。由于納米柱的直徑非常的小，照射到金屬層上的光線大部分都無(wú)法通過(guò)這些納米柱。而少量的光線在通過(guò)納米柱后則生成了環(huán)繞納米柱表面的三維衰逝波。
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在實(shí)驗(yàn)中，研究人員利用模型模擬了納米柱頂端和邊緣的光線衰減。他們估計(jì)出觀察體積大約為10-16升，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于用兩光子激發(fā)獲得的數(shù)量級(jí)?，F(xiàn)在研究人員已在這些納米柱上培育了皮質(zhì)神經(jīng)元、海馬神經(jīng)元、心肌細(xì)胞和大量的哺乳動(dòng)物細(xì)胞系，所有的細(xì)胞系目前看起來(lái)均生長(zhǎng)良好。“掃描電子顯微鏡的照片表明細(xì)胞看起來(lái)似乎吞沒(méi)了這些納米柱因?yàn)檫@些納米柱的尺寸非常小，細(xì)胞將其視為了某種細(xì)胞器，并能識(shí)別這些納米柱的大小，”崔便曉說(shuō)。
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作者簡(jiǎn)介：
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崔便曉教授是現(xiàn)美國(guó)能源部長(zhǎng)朱棣文的學(xué)生，曾在他的試驗(yàn)室工作六年。她1998年畢業(yè)于中國(guó)科技大學(xué)，2003年獲得美國(guó)芝加哥大學(xué)化學(xué)博士學(xué)位，隨后進(jìn)入美國(guó)斯坦福大學(xué)。
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崔屹
1998年畢業(yè)于中國(guó)科技大學(xué)，并于當(dāng)年進(jìn)入哈佛大學(xué)深造，師從世界納米權(quán)威之一的里柏教授。曾于2001年獲得美國(guó)材料科學(xué)學(xué)會(huì)頒發(fā)的“研究生金獎(jiǎng)”、2002年由遠(yuǎn)見(jiàn)學(xué)會(huì)頒發(fā)的“納米科技杰出研究生獎(jiǎng)”。他2002年獲得化學(xué)博士學(xué)位的同時(shí)，還獲得了柏克萊加大米勒學(xué)者獎(jiǎng)學(xué)金。2004年入選“世界頂尖青年發(fā)明家”。
崔屹目前從事“半導(dǎo)體納米材料的合成性以及應(yīng)用”的研究。在過(guò)去幾年中，在納米技術(shù)研究領(lǐng)域做出幾項(xiàng)突破性的研究成果，并取得幾項(xiàng)專利。這些專利包括：納米三極管/場(chǎng)效應(yīng)管、納米傳感器、半導(dǎo)體納米材料自行排列法的應(yīng)用、單電子三極管。
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