Continuous-wave near-infrared stimulated-emission depletion microscopy using downshifting lanthanide nanoparticles

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作者
Liangliang Liang,Ziwei Feng,Qiming Zhang,Thang Do Cong,Yu Wang,Xian Qin,Zhigao Yi,Melgious Jin Yan Ang,Lei Zhou,Han Feng,Bengang Xing,Miṅ Gu,Xiangping Li,Xiaogang Liu
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:16 (9): 975-980 被引量:77
标识
DOI:10.1038/s41565-021-00927-y
摘要

Stimulated-emission depletion (STED) microscopy has profoundly extended our horizons to the subcellular level1–3. However, it remains challenging to perform hours-long, autofluorescence-free super-resolution imaging in near-infrared (NIR) optical windows under facile continuous-wave laser depletion at low power4,5. Here we report downshifting lanthanide nanoparticles that enable background-suppressed STED imaging in all-NIR spectral bands (λexcitation = 808 nm, λdepletion = 1,064 nm and λemission = 850–900 nm), with a lateral resolution of below 20 nm and zero photobleaching. With a quasi-four-level configuration and long-lived (τ > 100 μs) metastable states, these nanoparticles support near-unity (98.8%) luminescence suppression under 19 kW cm−2 saturation intensity. The all-NIR regime enables high-contrast deep-tissue (~50 μm) imaging with approximately 70 nm spatial resolution. These lanthanide nanoprobes promise to expand the application realm of STED microscopy and pave the way towards high-resolution time-lapse investigations of cellular processes at superior spatial and temporal dimensions. The application of stimulated-emission depletion (STED) microscopy for deep-tissue imaging in the near-infrared optical window is challenged by high cellular autofluorescence. Here the authors present a lanthanide nanoprobe whose electronic configuration enables long-term STED imaging with reduced background noise.
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