浙江大学92年博导发表Nature封面论文！学术资讯

前言

8月11日，浙江大学冯建东研究员团队在全球顶级科研期刊《Nature》杂志发表了题为“Direct imaging of single-molecule electrochemical reactions in solution”的文章。冯建东研究员团队通过联用自制的具有皮安水平电流检出能力的电化学测量系统以及宽场超分辨光学显微镜，发明了一种直接可以对溶液中单分子化学反应进行成像的显微镜技术，首次实现了单分子电致化学发光信号的空间成像；并在此基础上成功突破了光学衍射极限，第一次实现了电致化学发光的超分辨成像。

8月11日，国际顶级期刊《自然》杂志在线发表了题目为“Direct imaging of single-molecule electrochemical reactions in solution”的研究文章，论文第一作者为浙江大学化学系博士生董金润和博士后卢禹先；论文通讯作者为浙江大学化学系冯建东研究员。

值得注意的是本文的通讯作者冯建东研究员，他是90后学霸，出生于1992年，今年也才29岁。冯建东2013年本科毕业于浙江大学，随后前往洛桑联邦理工学院攻读物理学博士学位，仅用3年时间便取得瑞士洛桑联邦理工学院博士学位并发表多篇高质量文章。

化学创造着千变万化的物质世界，在这其中每一个单分子起到基本的作用。传统化学和生物学研究大量分子参与的反应和变化。著名物理学家埃尔温·薛定谔曾评论过：“我们从来没有用一个单电子、单原子或单分子做过实验。我们假设我们可以在思想实验中实现，但是这会导致非常可笑的后果。”观察、操纵和测量最为微观的单分子化学反应是科学家面临的一个长久科学挑战。

浙江大学化学系冯建东研究员团队通过联用自制的具有皮安水平电流检出能力的电化学测量系统以及宽场超分辨光学显微镜，发明了一种直接可以对溶液中单分子化学反应进行成像的显微镜技术，首次实现了单分子电致化学发光信号的空间成像；并在此基础上成功突破了光学衍射极限，第一次实现了电致化学发光的超分辨成像。该技术在化学成像和生物成像领域具有重要的应用价值，允许看到更清晰的微观结构和细胞图像。8月12日，这项研究成果作为封面论文刊登在国际顶级期刊《自然》。

冯建东如此解释封面：“星空背景代表发光的分子，魔法水晶球代表可以视所未见的超级显微镜。封面设计从无穷大的星空背景里面观察无穷小的分子和细胞，内部是被流星（发光分子）点亮的生物细胞。”

教科书上的化学反应都是以单分子形式进行概念描述，但实验中得到却是大量分子的平均结果。单分子实验是从本质出发解决许多基础科学问题的重要途径之一，是研究方法的质变。这也是化学测量学面临的一个极限挑战。

浙大团队的研究对象是电致化学发光反应。电致化学发光是利用电极表面发生的一系列化学反应实现发光的形式。相比于传统的荧光成像技术，由于不需要光激发，电致化学发光几乎没有背景，是目前对于灵敏度有着很高要求的体外免疫诊断领域的重要手段，其在成像分析等方向也具有一定价值。

目前，电致化学发光存在两个重要的科学问题，其一是微弱乃至单分子水平电致化学发光信号的测量和成像，这对于单分子检测非常重要。其二是在电致化学发光成像领域实现突破光学衍射极限的超高时空分辨率成像，即超分辨电致发光成像，这一点对化学和生物成像具有重要意义。

电致化学发光过程中，为什么难以开展单分子的捕捉呢？这主要是因为单分子反应控制难、追踪难、检测难。冯建东介绍：“单分子化学反应伴随的光、电、磁信号变化非常微弱，而且化学反应过程和位置具有随机性，很难控制和追踪。”

单分子电致发光信号的时空隔离和随机性。图片来源：Nature。

为此，浙大科研人员搭建了灵敏的探测系统，将电压施加、电流测量、光学成像同步起来，通过时空孤立“捕获”到了单分子反应后产生的发光信号。“具体从空间上通过不断稀释，控制溶液中的分子浓度实现单分子空间隔离。时间上，通过快速照片采集，最高在1秒内拍摄1300张，消除邻近分子间的相互干扰。”论文第一作者之一、博士生董金润介绍到。

利用这套光电控制和测量平台，浙大科研团队首次实现了单分子电致发光化学反应的直接宽场成像。“由于不需要光源激发，这一成像的特点在于背景几近于0，这种原位成像将为化学和生物成像领域提供新的视野。”　

个人简介

冯建东

物理生物学与精准测量实验室, PI

浙江大学研究员

本科最初就读于浙江大学工科试验班, 后选择化学以理学学士毕业, 在瑞士洛桑联邦理工学院取得物理学博士学位 (获得EPFL Doctorate Award, 2016-2017全校所有博士选出2位）, 继续在瑞士洛桑联邦理工学院生物工程所完成博士后工作（获2016 Future leaders in Bioengineering, 年度唯一）。

2018年初加入浙江大学化学系, 组建物理生物学与精准测量实验室, 从事相关单分子测量交叉领域研究。冯建东在读博士期间，在Nature、Nature Materials、Nature Nanotechnology、Nano Letters等顶级期刊发表四篇论文，其中两篇为第一作者和共同通讯作者，两篇为第一作者。博士毕业后继续在瑞士洛桑联邦理工学院生物工程所完成博士后工作。