前言

在科研的舞台上，分析测试技术就像是科学家手中的“魔法工具箱”，它们悄无声息却威力无穷，帮助我们揭开隐藏在微观世界中的秘密。今天，我们要介绍三位“明星技术”——激光共聚焦显微、荧光光谱和紫外吸收分析技术，它们虽然性格各异，但都拥有“看透一切”的本领。

激光共聚焦显微技术，是一位“视力超群的摄影师”，它不仅能够捕捉到细胞内部的“风景”，还能还原出样品的3D立体结构，让科学家在微观世界里“身临其境”。荧光光谱分析技术则像是一位“会发光的舞者”，在激发光的“掌声”中跳起一支优雅的舞蹈，展现这些物质的身份、数量甚至它们的动态行为。紫外吸收技术，好比是一位“沉默的侦探”，通过吸收光谱的“指纹”，来判断它们的成分和浓度。

这三种技术各有千秋，却都为科学研究提供了强有力的支持。接下来，就让我们一起走进它们的“世界”，看看它们是如何在实验室里大显身手！

一、激光共聚焦显微镜：绘制“微观CT图”

激光共聚焦显微镜就像一位手持“激光探照灯”的微观侦探，悄悄潜入样本的内部世界，一层一层地揭开隐藏的真相。它不像普通显微镜那样“一视同仁”地看整个样本，而是用激光束精准地“点对点”照射，仿佛在用显微放大镜配合激光笔，只关注样本中它真正感兴趣的那一点。它能像“分层扫描的CT仪”一样，可对样本进行逐层扫描，从上到下，由表及里，构建出一幅立体的“光学断层图”。这不仅让科学家看清样本的表面，还能深入其内部结构，看清细胞器如何“跳舞”，蛋白如何“互动”，甚至观察材料表面的“微表情”和内部的“纹理变化”。无论是追踪活细胞中的生命活动，还是解析纳米材料的精细结构，激光共聚焦显微镜都像一位耐心细致的艺术家，用光作画，用像说话，为生命科学、材料研究、生物医学等领域提供了一双“看得更深、更清、更准”的眼睛。它是现代实验室中不可或缺的“视觉大师”，用科学的视角讲述着微观世界的故事。

应用案例一、激光共聚焦显微镜用于生物传感器灵敏度和特异性成像分析

构建了一种可定向稳定修饰于细胞膜内外侧的四面体DNA纳米探针，并通过激光共聚焦显微镜对其在细胞质膜上的稳定锚定特性进行了表征。相较于线性DNA探针，该四面体DNA纳米探针在锚定稳定性方面表现出显著提升。通过荧光标记和共聚焦图像的采集，实现了在细胞膜近膜区域中对同种离子或两种不同离子在膜两侧的同时检测与可视化。利用具有选择性双叶锚定能力的DNA纳米探针，进一步揭示了跨膜离子通道SLC41A1及其突变体p.A350V在协同调控Na⁺流入和Mg⟡⁺流出过程中的功能差异。该工作首次实现了在细胞膜内外侧局域环境中的同时检测，为后续细胞膜内外侧近膜区域的同时检测工作提供了新的范式。

Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202425335

DOI：10.1002/anie.202425335

应用案例二、超分辨激光共聚焦显微镜用于纳米级尺度细胞器结构成像分析

研究开发了一种具有超高光稳定性和长荧光寿命的荧光标记试剂，其结构基于增强型萘并磷螺荧光基团，并连接给电子的二苯胺基团，以提升成像性能。利用激光共聚焦显微镜中的STED（受激辐射耗尽）超分辨功能，实现了对线粒体嵴超微结构的高时空分辨率观测。在660 nm STED损耗光作用下，成功以约60 nm的分辨率对线粒体嵴进行选择性成像，显著突破传统共聚焦显微镜光学衍射分辨率限制。这是首次在活细胞中获取线粒体嵴的动态形态信息，此前此类信息仅能通过电子显微镜在固定细胞中获得。借助时间分辨STED成像技术，进一步揭示了线粒体活细胞中内膜结构及其动态变化，包括不同线粒体之间的膜融合以及单个线粒体内嵴的动态重组过程，为研究线粒体功能调控提供了新的视角与技术手段。

PNAS 2019;116(32):15821

DOI:10.1073/pnas.1905924116

二、荧光光谱稳瞬态光谱仪：荧光表征

在光学的浩瀚宇宙中，光是一束无形的探针，以它独特的节奏和色彩，穿越微观世界，与分子、材料和生命体进行无声却深刻的对话。荧光，作为光与物质相互作用的“语言”，不仅承载着结构与功能的信息，更像一位细腻的“故事讲述者”，将隐藏于纳米尺度的动态过程、复杂的能量转移机制、精准的分子识别以及生命系统中的诊疗行为娓娓道来。正是借助这束光的力量，深入探索其在不同科学领域中的“智慧之眼”，揭示荧光信号背后的物理、化学与生物学意义。

应用案例一：动力学解析—FRET取向因子调控（光的“接力赛”）

Förster共振能量转移（FRET）技术已被广泛应用于荧光成像、传感等领域，然而开发有效提升FRET效率的策略仍是制约其进一步应用的关键问题。传统研究主要集中于光谱特性优化，而取向因子的调控潜力尚未充分挖掘。研究团队借助瞬态荧光技术对TADF发射体/花菁J型聚集双组分纳米组装体系进行多时间尺度分析（纳秒至微秒量级）。通过定量解析能量转移速率常数，结合荧光各向异性表征的验证，揭示了双组分纳米组装体系中更高的取向因子是实现快速FRET的关键因素。瞬态荧光及荧光各项异性技术为组装纳米体系中能量转移问题的研究提供了重要的技术支持。

Chem. Eur. J. 2024, 30, e202400046

DOI: 10.1002/chem.202400046

应用案例二：变温光致发光光谱助力探究低维钙钛矿的激子–声子耦合（光的“温度交响”）

激子–声子耦合在低维钙钛矿的光物理性质中起着关键作用，显著影响着它们的光电性能。研究团队通过变温光致发光光谱技术，分析了低维钙钛矿BA₂MA_{n − 1}Pb_nI_3n+1 (n = 1–3)薄膜中的激子–声子耦合。通过拟合温度依赖的发光线宽和带隙，定量提取了激子与声学声子及纵向光学声子的层厚（n值）依赖耦合。同时依赖于变温光致发光光谱技术，团队在低温下观测到了自陷激子和束缚激子的低能发射峰。以上通过变温光致发光光谱得到的结果为低维钙钛矿薄膜中依赖于层厚（n值）的激子行为奠定了基础，为基于低维钙钛矿薄膜的光电器件设计提供了参考。

J. Phys. Chem. Lett. 2021, 12, 12336−12344

DOI: 10.1021/acs.jpclett.1c03738

应用案例三：抗生素检测（荧光的“告白信”）

本文构建了一种“开启”型荧光传感器-[Ag(BIX)]n·n(HBA)（Ag-CP），用于检测食品中的抗生素残留。该传感器由1,4-双（咪唑-1-基甲基）苯（BIX）和苯甲酸（BA）通过一锅法合成，具有优异的化学和荧光性质，可用于灵敏检测氯四环素（CTC）。研究发现，在CTC和Ag-CP的协同作用下，Ag-CP的荧光强度显著增强，发射峰波长红移。该传感器在0.05 μM至100 μM浓度范围内对CTC表现出良好的选择性和敏感性，线性拟合良好（R²≥ 0.9690），检测限低（34 nM）。在加标食品样品中的回收率为84.12–96.82%，RSD小于4.75%。与高效液相色谱法验证的结果一致，表明该传感器灵敏度高、精度高。本文揭示了基于配位聚合物的荧光传感器的优势，并提出了一种检测食品安全中抗生素残留的新策略。

j.saa, 2025, 337: 126089.

DOI:10.1016/j.saa.2025.126089

三、紫外可见近红外分光光度计：拍摄“光指纹”

紫外可见近红外分光光度计把光分解成从紫外到近红外的无数种单一光源，让它们逐一通过样品，精确测量样品对每种光源的吸收，最终绘制出样品独一无二的“光指纹”，也就是吸收光谱。通过解读这张“指纹图”，可以知道样品组成、含量、以及重要的光学特性，是现代科学研究和工业检测中不可或缺的超级侦探。紫外可见近红外分光光度计能探测电子跃迁、共轭结构，反映物质的颜色和部分电子特性，并在近红外区捕捉分子振动的信息。应用范围涵盖了化学分析、生物制药、材料科学（研究半导体、纳米材料、太阳能电池材料的光学性质）、环境监测（测污染物）、农业食品（测成分、水分、成熟度）等。

应用案例一：紫外-可见-近红外吸收光谱揭示铋烯带隙特征与广谱响应

研究设计出具有半金属特性的原子级超薄铋烯材料，成功实现了紫外-可见-近红外全光谱驱动的光催化CO₂加氢。利用紫外-可见-近红外吸收光谱表征发现，铋烯在紫外至红外区域展现出较强的光吸收，其吸收带边接近0.83 eV，显著区别于体相铋的0.71 eV。结合能带结构分析，推断出铋烯独特的能带结构，进而阐明了其在CO₂还原反应中的作用机制。得益于这种特性，铋烯不仅大幅提升了光催化性能——在λ≥400nm和λ≥550nm光照下，其CO₂还原制CO/CH₄的电子利用率分别达到体相铋的58.24倍和300.50倍，更将高效的CO₂加氢反应拓展至近红外区域（λ≥700nm），真正实现了广谱响应的高效催化。

Adv. Mater. 2024, 36: 2312676.

DOI：10.1002/adma.202312676

应用案例二：原位紫外-可见-近红外光谱揭示热致变色与辐射制冷性能

设计并制造了一种基于掺钨二氧化钒（VO₂）@二氧化硅（SiO₂）核壳结构的热致变色光子辐射制冷智能窗（T-PRCT）。该系统利用相变材料VO₂的热致变色特性，依据环境温度变化自主调节热管理性能。通过VO₂@SiO₂核壳结构，在复合涂层相变过程中，利用其非散射与散射吸收特性的转变，显著提升了涂层的多光谱调制性能。利用原位的紫外可见近红外分光光度计在低温和高温下测量透射光谱（300-2500 nm）来监测热致变色性能。在温度为30℃时，T-PRCT智能窗的T_lum 达到43.11%，T_sol为50.90%。当温度升高到90℃时，T_lum降至40.21%，T_sol为40.25%，∆T_sol为10.64%。得益于上述优异的光谱调控能力，该智能窗系统展现出显著的辐射制冷效果，冷却效率提升高达 56.52%。性能指标满足高效辐射制冷设备的要求。

Appl. Energy., 2024, 376, 124334.

DOI：10.1016/j.apenergy.2024.124334

天津大学大型仪器平台谱仪中心配套设备

一、超高分辨率激光共聚焦显微镜

生产商：Leica

型号：  Stellaris 8 STED

基本参数：

1.    5个固定激光器405/488/561/638/730nm，3个损耗光激光器589/660/775nm；

2.    脉冲白激光440-790nm，可同时使用8条激发谱线；

3.    四个荧光光谱检测通道，检测范围410-850nm；

4.    最大扫描分辨率8192*8192；

5.    超高分辨共聚焦成像模块：xy轴分辨率50nm，z轴分辨率130nm；

6.    全自动倒置显微镜，物镜10×/20×/40×/63×油镜/100×油镜；

7.    Super Z高精度Z轴载物台适配器，可实现XZY扫描；

8.    荧光寿命成像模块，可实现FLIM、FLIM-FRET、Tau-STED等实验和数据分析；

9.    活细胞培养装置。

二、荧光光谱稳瞬态光谱仪

生产商：HORIBA

型号：QM

基本参数：

1.光源：

稳态光源：无臭氧氙灯

闪烁光源：闪烁氙灯

配有波长265nm、285nm、340nm、405nm、485nm、510nm、635nm和980nm固定波长光源;

配有即插即用脉冲光源355nm，460nm和970nm;

2.探测器型号：

920IS：200nm ~ 850nm

R5509：300nm ~ 1700nm

PPD900：230nm ~ 920nm

IGA 2.1：900nm ~ 2100nm

3.附件：

积分球、冷热样品仓（4K-500k），原位水浴搅拌样品仓。

三、紫外可见近红外分光光度计

生产商：Perkin Elmer

型号： LAMBDA 750 

基本参数：

1. 波长范围：190~3300 nm；

2. 双光束、双单色器；

3. 积分球：光学聚四氟涂层，直径150 mm；

4. 双检测器设计

光电倍增管：覆盖190–900 nm，

PbS 检测器：覆盖800–3300 nm；

5. 原位液体变温附件：室温至100℃。

6. 镜面反射附件：适用于薄膜、镜面样品。

四、原位紫外可见近红外光学性能表征系统

生产商：Perkin Elmer

型号： LAMBDA 1050 

基本参数：

1. 测定波长范围：180~3300 nm；

2. 杂散光：0.000075%T；

3. 仪器线性范围：7.5 A；

4. 波长准确性：UV/Vis ±0.08 nm，NIR ±0.35 nm；

5. 波长重复性：UV/Vis< 0.021 nm 线光源；NIR< 0.09 nm 线光源；

6. 光度准确性：±0.0004 A@0.5 A，双光阑法；

7. 光度重复性：<0.00009 A@0.5 A；

8. 基线漂移：<0.00025 A/h；

9. 基线平直：<0.00081 A@190~3100 nm；

10. 噪声水平：<0.00005 A；

11. 积分球：光学聚四氟涂层，直径150 mm；

12. 原位透射附件温度范围：-190℃至250℃；

13. 原位漫反射附件温度范围：室温至900℃；

14. 变角附件：角度范围8至68度。

能力支持与选型建议：

Leica Stellaris 8 STED超高分辨率激光共聚焦显微镜

可对细胞、组织等样品可进行全光谱的多色荧光成像、大视野拼图、3D扫描和重构、光谱扫描与拆分，系统配备了一体化的荧光寿命成像模块，能够可从荧光寿命的维度对样品组分、微环境、代谢状态等进行分析，与STED技术相结合可将成像分辨率提升至 xy 50nm，z 130nm。

HORIBA QM 荧光光谱稳瞬态光谱仪

实现荧光材料微量组分分析测试，荧光寿命测试（范围从ps到μs），稳态光谱强度的定量分析。本系统可提供荧/磷光的稳态激发/发射光谱、三维光谱、量子产率、荧光寿命、荧光偏振等表征。

PE LAMBDA 750 紫外可见近红外分光光度计

可根据被测物质在紫外、可见和近红外光区的吸收光谱对物质进行定性分析、定量分析和结构分析。对液体、粉末、玻璃、镜片、光学镀膜、塑料等样品进行透射（全透射）、吸收、反射（全反射）、漫反射及镜面反射的测量。适用于常规样品的紫外可见近红外波段光学性能表征及室温至100℃范围内的透射性能测量。

PE LAMBDA 1050原位紫外可见近红外光学性能表征系统

可测定样品在紫外可见近红外区域的透过率、反射率、吸收值等光学性质，表征纳米材料的带隙大小、色度、雾度、薄膜厚度等性能。搭载的通用型反射/透射附件URA可进行样品的绝对反射/相对反射的测量，可实现同一样品点不同角度的绝对反射测量。配置偏振附件，用于220-2600nm波段的偏振性能测试。配置多角度样品台，实现8至68度的透过率性能测试。 搭载了一系列的原位反应附件，用于-190℃至250℃原位透射性能和室温至900℃原位漫反射性能测试，以及光催化反应和多种气氛条件下的透射和漫反射光学特性表征。

预约请登录：

http://yiqi.tju.edu.cn（天津大学大型仪器管理平台）

实验室地点与联系人：

1. Leica Stellaris 8 STED 超高分辨率激光共聚焦显微镜

天津大学北洋园校区58教C区110室 

联系人：刘晓婧 17526520633

2. HORIBA QM 荧光光谱稳瞬态光谱仪

天津大学北洋园校区58教C区111室  

联系人：杨硕 15620832188

3. PE LAMBDA 750 紫外可见近红外分光光度计

天津大学卫津路校区17教126室   

联系人：王意 18522955027

4. PE LAMBDA 1050原位紫外可见近红外光学性能表征系统

天津大学北洋园校区58教C区218室  

联系人：王意 18522955027