两华人教授新成果获Nature methods推荐

著名华裔学者崔便晓（Bianxiao Cui）和崔屹（Yi Cui）教授多年前曾是中国科技大学一起并肩苦读的大学校友，如今两人分别供职在美国斯坦福大学的化学系和材料科学与工程系。崔屹是一位材料科学家，主要从事蓄电池和太阳能电池的纳米材料研制工作。崔便晓目前的主要研究方向是在神经元中开展单分子成像分析。近期二人共同携手合作开发了一种新技术用于细胞内单分子检测，相关研究论文发表在《美国科学院院刊》（PNAS）上，并获得了著名国际期刊《自然方法学》（Nature methods）的推荐。

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“单分子成像技术的一个最大问题是它的荧光背景，”崔便晓说道：“于是我们考虑到利用纳米技术提供帮助。”

目前常规的技术例如全内反射荧光显微镜（TIRF microscopy）是利用光线全反射后在介质另一面产生衰逝波地特性，激发荧光分子以观察荧光标定样品的极薄区域。因为激发光呈指数衰减的特性，使得极靠近全反射面的样本区域会产生荧光反射，大大降低了荧光背景。然而全内反射荧光显微镜的一个主要的局限在于它激发的是一维的衰逝波，研究人员希望能够找到一种方法将衰逝波限制在三维的小空间内。。

在这篇文章中，研究人员利用了一种称之为“零模式波导” (zero mode waveguide, ZMW)的方法。目前这种方法主要运用于高通量测序中。所谓的ZMW实际上就是在一片金属薄片上蚀刻出纳米级的小孔，由于ZMW小孔的孔径非常狭小，照射在金属面上的光线便可被限制在小孔中。“我们的技术在某些方面与ZMW方法非常相似，”崔便晓说：“然而不同的是我们没有采用金属打孔，而是选择了纳米柱（nanopillar）。”

研究人员在一个金属包覆的附着层上构筑出直径为100-150纳米的透明纳米柱。由于纳米柱的直径非常的小，照射到金属层上的光线大部分都无法通过这些纳米柱。而少量的光线在通过纳米柱后则生成了环绕纳米柱表面的三维衰逝波。

“利用这种技术我们可以清楚地识别细胞间的界面。这为我们将激发光在空间上准确地投射到细胞内提供了可能。而当我们利用激发光照射通过胞质溶胶中表达GFP的单个细胞的纳米柱时，则仅在纳米位点生成了荧光斑点，”崔便晓说。

在实验中，研究人员利用模型模拟了纳米柱顶端和边缘的光线衰减。他们估计出观察体积大约为10-16升，远远小于用两光子激发获得的数量级。现在研究人员已在这些纳米柱上培育了皮质神经元、海马神经元、心肌细胞和大量的哺乳动物细胞系，所有的细胞系目前看起来均生长良好。“扫描电子显微镜的照片表明细胞看起来似乎吞没了这些纳米柱因为这些纳米柱的尺寸非常小，细胞将其视为了某种细胞器，并能识别这些纳米柱的大小，”崔便晓说。

尽管过去有其他研究组利用纳米柱将分子呈递至细胞，然而却一直未能获得明确的数据确定这些纳米柱是在细胞内或是胞外发光。扫描电子显微镜的照片表明细胞看起来似乎吞没了这些纳米柱，但目前的分辨率还不足以确定纳米柱和细胞质之间是否还存在包膜。这尚待研究人员进一步研究检测。

目前，崔便晓和她的实验室成员正在利用这些纳米柱开展实验研究细胞中的单分子行为。

作者简介：

崔便晓

崔便晓教授是现美国能源部长朱棣文的学生，曾在他的试验室工作六年。她1998年毕业于中国科技大学，2003年获得美国芝加哥大学化学博士学位，随后进入美国斯坦福大学。

崔便晓教授已经获得多个学术大奖，其中包括：2002年Elizabeth Norton杰出化学研究奖、2006年美国国家卫生院独立成就奖（NIH Pathway to Independence Career Award）、2008年Dreyfus新教授奖及2009年Searle学者奖。她的研究专注在透过模拟及观察个别分子在活细胞中状态以了解神经原的讯号的传递。

崔屹

1998年毕业于中国科技大学，并于当年进入哈佛大学深造，师从世界纳米权威之一的里柏教授。曾于2001年获得美国材料科学学会颁发的“研究生金奖”、2002年由远见学会颁发的“纳米科技杰出研究生奖”。他2002年获得化学博士学位的同时，还获得了柏克莱加大米勒学者奖学金。2004年入选“世界顶尖青年发明家”。

崔屹目前从事“半导体纳米材料的合成性以及应用”的研究。在过去几年中，在纳米技术研究领域做出几项突破性的研究成果，并取得几项专利。这些专利包括：纳米三极管/场效应管、纳米传感器、半导体纳米材料自行排列法的应用、单电子三极管。