人体内的每个细胞都被一层称为糖萼的糖衣包裹着。它帮助细胞彼此交流，并与免疫系统进行通讯。这一过程能够对抗病毒，但在某些情况下也会扩散癌症。迄今为止，还没有任何成像工具能够详细显示出糖萼中约1纳米大小的微小糖分子。

而在7月28日发表于《自然-纳米技术》的一篇论文中，研究人员揭示了排列在人类微小血管内壁上的活细胞表面的糖分子分布。他们找到了一种方法，使用市售的光学显微镜就能以仅仅9 埃（?ngstr?m，即0.9 纳米）的分辨率对这些糖分子进行成像，而这种分辨率曾被认为是光学显微镜无法达到的。

这种新的0.9纳米分辨率RESI成像技术比现有技术更能区分人类细胞膜上的分子。 图片来源：Luciano A. Masullo et al./Nat. Nanotech. (CC BY 4.0)

英国伦敦大学学院的化学家Sabrina Simoncelli 表示，这是首次在细胞内实现亚纳米级光学分辨率成像，这些成果“令人震撼”。

 “我刚开始读博士时，人们能得到的单糖分子最佳分辨率图像还是模糊的。”论文作者之一、德国马克斯·普朗克光科学研究所的生物物理学家Karim Almahayni 说。“接下来，我们要去了解细胞表面的这些糖分子在健康和患病期间会如何变化。”他补充道，“我们想靠‘看脸’来判断细胞。”

光学显微镜通常会使小于200纳米的结构变得模糊。尽管超分辨率成像工具已经实现了10~20纳米的分辨率，但仍没有达到区分糖萼中相距不到10纳米的单糖分子所需的精度。同时，糖分子还难以被可见标记物标记，因此很难在显微镜下显现。“它们无法进行遗传改造，也没有抗体可以靶向它们。”Simoncelli 解释道。

为了克服这些挑战，Almahayni 和同事们结合了两种诺贝尔奖获奖技术，一种是超分辨率荧光显微镜技术，另一种则是点击化学。他们利用一种化学标签，将锚定DNA链与目标糖分子连接，随后添加带有荧光标记的DNA链，使每个糖分子上的标签反复闪烁。研究人员借鉴天文学家在模糊望远镜图像中追踪恒星的方法，运用统计算法精确定位每次光闪烁的中心，并以极高的精度计算糖分子在细胞表面的位置。他们能够区分相距仅0.9纳米的糖分子，这个距离比许多蛋白质的直径还要小。

“这是我们第一次能够看到细胞表面的糖分子，并获取空间分布信息。”Almahayni 说。“这开辟了许多新路径，因为未来我们可以同时标记蛋白质和糖分子，从而研究它们在健康和患病期间是如何变化的。”

 “这篇论文确实引入了一种新方法。”Simoncelli 表示，该方法可用于研究蛋白质等其他细胞成分。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41565-025-01966-5