中文摘要：

突破衍射极限的光学活细胞显微目前已经成为国际研究的热点。量子点以其高量子效率、低光学漂白性而在生物显微中有着广泛应用，然而它的激发谱与发射谱的重叠导致其在光学纳米显微中应用受到局限。本课题将利用新型宏Stokes位移量子点技术实现三维超高分辨率活细胞显微。在应用上，我们准备利用国际前沿的RNA分子探针进行单分子标记，实现RNA的动态高分辨率观察。系统采用受激辐射光淬灭或者基态耗尽技术，控制激发光焦点的荧光光强分布实现突破衍射极限分辨率成像。采用汞阳离子交换的CdTe量子点结构能够大大增加带隙能量，使其可以用于光学纳米显微中。通过特殊的四价多靶标探针，可实现RNA的单分子标记。利用二元光学技术可对焦点进行分束实现并行探测，提高成像速度与扫描范围，进一步推动基于量子点的光学纳米分辨率成像在细胞影像研究中的应用。将这些研究成果有机结合，可从新的分辨率上揭示RNA在蛋白合成中的作用等重大问题。

结论摘要：

突破衍射极限的光学活细胞显微目前已经成为国际研究的热点。然而，与有机染料不同的是，量子点的发光特性导致它在某些方面适合于超分辨，而同时必须采用技术方案避免其不利影响。本课题通过对量子点的发光特性的总和应用，实现了多种基于量子点的高速、三维超分辨率显微 1) 对于STED技术，量子点的优势在于其亮度高、光漂白低。然而，量子点的吸收光谱和发射光谱高度重叠，造成在STED过程中，难以将量子点调制为暗态。我们利用新型宏 Stokes 位移量子点，分离了吸收和发射光谱，实现了STED超分辨，并验证了其对于细胞骨架的成像； 2) 利用量子点的间歇发光，实现了SOFI与BALM结合的三维超分辨，利用BALM能够实现40nm的分辨率，利用3D-SOFI可以做到200nm的轴向超分辨，这一工作发表在Nano Research； 3) 利用量子点窄光谱的特性，实现了高速、高还原度的多色耦连SOFI超分辨，分辨率可达85nm，成像速度为3秒/帧，这一工作发表在Scientific Reports； 4) 结构光超分辨是一种利用结构光的Morie条纹并对其进行频域分析，提供快速超分辨的技术。为了避免量子点的闪烁对于结构光超分辨成像造成干扰，提出了两种解决方案并比较了它们的优缺点； 5) 利用量子点的间歇性随机发光特性，实现了基于贝叶斯估计的量子点3B超分辨成像。 6) 我们与中科院生物物理研究所徐平勇课题组、华东师范大学课题组联合开发了一种适合SOFI超分辨的、可用于活细胞和组织超分辨成像的单体荧光蛋白，该蛋白具有极高的发光强度和高速闪烁特性，该工作发表于ACS Nano。