超分辨光子力显微镜

溶液中测到 108 aN

把光阱探针的三维定位精度推到热极限，在溶液里测到以前够不着的亚飞牛顿力。

Shan, Xuchen · Ding, Lei · Dajing, Wang · Wen, Shihui · Jinlong, Shi · Chen, Chaohao · Wang, Yang · Zhu, Hongyan · Zhaocun, Huang · Wang, Shen S.J. · 钟晓岚 · Liu, Baolei · Reece, Peter J. · 任维 · 郝维昌 · Lu, Xunyu · Jie, Lu · Su, Qian Peter · Chang, Lingqian · 孙聆东 · Jin, Dayong · Lei, Jiang · Wang, Fan

Nature Photonics 2024

参数信息

力灵敏度

1.8 fN Hz–1/2

最小可检测力

108.2 aN

技术优势

灵敏度接近热极限

力灵敏度达 1.8 fN Hz–1/2，逼近纳米尺度热极限，意味着测量噪声已接近由热波动设定的物理下限。

探针不再被加热

采用镧系掺杂纳米颗粒作为光阱探针，避免传统金属或半导体探针因吸收捕获光而升温，从而消除对生物样品和弱相互作用的干扰。

微弱散射也能定位

通过神经网络赋能的超分辨定位，从光学像散修正的点扩散函数中提取探针位置，解决弱散射信号导致的定位困难。

亚飞牛顿力可测

在溶液中测得最小力 108.2 ± 510.0 阿牛，首次在溶液环境中实现对亚飞牛顿级弱力的直接测量。

应用场景

• 生物单分子力谱：能测量单分子水平的生物力学力，摆脱传统光阱的加热和定位限制。
• 溶液环境弱力检测：在溶液环境直接探测亚飞牛顿弱力，适宜长程相互作用和精密测量。
• 纳米尺度三维追踪：用神经网络超分辨定位追踪光阱探针的三维位置，服务高精度力感知。