單分子熒光成像已成為必不可少的工具，它可用于幾乎所有研究領域，從基礎物理學到生命科學。其中最重要的應用是單分子定位技術的超分辨顯微成像（SMLM）（例如，光活化定位顯微鏡（PALM），隨機光學重構顯微鏡（STORM），熒光PALM（fPALM），直接STORM（dSTORM）和點積累在納米尺度的地形成像技術（PAINT），這是因為單個分子成像的中心位置可以被精確的確定。然而，SMLM面臨的一個重大挑戰就是實現沿第三方向的超分辨率。最近研究報道，金屬誘導能量轉移（MIET）可以軸向定位熒光發射器，這是利用金屬薄膜中熒光團的激發將能量轉移到等離子體中。在這里，用石墨烯作為“金屬”層，可以提高MIET接近十倍的定位精度，該工作通過軸向定位單個發射源和通過測量單個脂質雙層的厚度（該脂質雙層由兩層脂肪酸鏈分子構成，總厚度僅為幾納米）來證明這一點。
Figure 1. 石墨烯基MIET。（a）gMIET實驗的示意圖，（b）相對熒光壽命τ/τ
0作為距離z
0的函數。
Figure 2. 石墨烯基MIET軸向定位單個分子相關的一系列表征。（a）熒光衰減曲線，（b）壽命分布曲線，（c）測量的散焦寬域圖像，（d）分子取向分布的柱狀圖，（e）計算的gMIET校正曲線，（f）距離分布（參照圖b和圖e獲得）。
Figure 3. 石墨烯基MIET測量SLBs的厚度。（a）雙層實驗的MIET曲線，（b）線性偏振激發下的GUV圖像，（c）DLPC的壽命分布，（d）距離分布（對應于圖c），（e，f）DOPC的壽命分布及距離分布。
該研究團隊使用一片只有一個原子厚度（0.34 nm)的石墨烯，用于調制熒光分子接近石墨烯片時的發射。石墨烯優異的光學透明性及其通過空間調制分子發射的能力使其成為測量石墨烯片中單分子距離極其靈敏的工具。這種方法的準確性很高，即使是最微小的距離變化大約1埃也可以解決。該超分辨率顯微鏡方法具有巨大的應用潛力，因為它不僅可以橫向定位納米分辨率的單分子，而且沿第三方向具有相似的精度，這使得大分子長尺度三維光學成像成為可能。這一個功能強大的工具可用于解決單個分子、分子復合物或小細胞細胞器中亞納米級精度的距離問題。
該研究工作由哥廷根大學的Jörg Enderlein研究團隊于2019年發表在Nature Photonics頂級期刊上。原文：Graphene-based metal-induced energy transfer for sub-nanometre optical localization（DOI: 10.1038/s41566-019-0510-7）
