产品  : Chamlide EC — 载物台式电化学成像样品池，集成ITO工作电极盖玻片与三电极体系（参考型号：EC 22）。

研究团队 : 杨英 教授，荧光调制与成像实验室，北京航空航天大学物理学院，北京 — 该研究方向始于新南威尔士大学（UNSW）化学学院 Gooding 课题组。

范围  : 2024–2026年发表的六篇同行评议论文：Nature Photonics（2篇）、PNAS、Angewandte Chemie、Chemical Science、Accounts of Chemical Research。

闪烁带来的问题
单分子定位显微镜（SMLM）以一个简单的思路突破衍射极限：若在任一瞬间只有极少量荧光团发光，就能以数十纳米的精度确定每个孤立分子的位置，再将数千帧图像合成为一幅超分辨图像。因此一切都取决于闪烁。传统上，这种闪烁依靠高功率激光和化学开关缓冲液诱导产生，而三个实际问题也由此而来。

●    无法控制。 开关过程是随机的。实验者只能等待分子闪烁，而不能决定其发生时刻，且闪烁速率在视野内各处存在差异。
●    分子会丢失。 强照明会使大部分染料发生不可逆光漂白。若约三分之一的标记无法恢复，就无法统计结构内的分子数量，图像只能停留在定性层面。
●    速度慢。 在大视野下积累足够的定位数据可能需要数十分钟，限制了通量，也无法用于动态过程。

该领域反复回到的问题是：能否由实验者设定的外部条件直接驱动开关过程，而不是把它交给光化学。

另一条思路：用电位实现开关
杨英 教授团队给出的答案是电化学。许多荧光团具有氧化还原活性：还原后转变为无荧光的“隐色体（leuco）”形式，氧化后荧光即恢复。若样品置于电极之上，施加的电位便可作为染料的开关——可逆，且时机由实验者决定。

要实现这一点，需要一个既是电极又是光学窗口的部件。镀有氧化铟锡（ITO）的盖玻片正好满足：导电性足以作为工作电极，透明度足以让物镜直接透过观察，平整度足以让细胞直接在其表面培养或固定。

图1 — 电化学成像平台。（a）ChamLide EC 样品池中的三电极体系：ITO镀膜盖玻片同时作为工作电极与成像基底，上方缓冲液中设有铂对电极与Ag/AgCl参比电极，TIRF激发光经玻璃入射。（b）ATTO 647 的相关化学过程：两电子、两质子还原使荧光染料转变为无荧光的隐色体，该反应可逆。（c）扫描电位时测得的荧光：电位向负方向变化时发光降至接近零，回扫时恢复；下方帧序列显示单个分子的熄灭与再点亮。来源：Hagness et al., Chem. Sci. 2025;16(20):8959–8969 — 开放获取，CC BY 4.0。

样品池必须满足的条件

将电化学与单分子成像结合，对样品池提出了普通成像皿无法满足、普通电化学池同样无法满足的要求。

Chamlide EC 将上述条件集成于一个载物台式装置中。如下列论文的实验方法所述，实验使用“Chamlide EC 22（Live Cell Instrument）”样品池，在含半胱胺、铁氰化物等氧化还原介质的低氧缓冲液中由恒电位仪提供电位。值得注意的是，该样品池最初源自本研究方向的定制需求，此后成为相关论文中被以产品名引用的平台。

六篇论文的研究成果

分辨率与完整性的直接对比

最直观的证据来自同一样品的直接对比。研究者对COS-7细胞中免疫染色的微管分别用传统方法和电化学调控方法成像，并通过强度线剖面与傅里叶环相关（FRC）两种方式评估。FRC是SMLM中衡量分辨率的标准客观指标。

图2 — 传统STORM与EC-STORM的对比。（a）COS-7细胞微管分别由传统STORM（I、III）与EC-STORM（II、IV）重建，下排为方框区域的放大图。在传统图像中相互融合的纤维，在电化学调控下被分辨为独立的细丝。（b）沿标记线的强度剖面：EC-STORM（红色实线）峰形更深、分离清晰，而传统方法（蓝色虚线）将相邻纤维模糊为一个宽峰。（c）傅里叶环相关：EC-STORM曲线在更高的空间频率处越过阈值，对应更精细的分辨率——约41 nm 对约53 nm。来源：Yang et al., Nature Photonics 2024;18(7):713–720，经作者许可转载。

这一提升有明确的物理原因。将电位保持在合适数值可降低同时发光的分子密度，从而减少定位重叠，使每个分子的拟合更加准确。随后反向施加电位，几乎全部染料都会回到荧光态，而不是有三分之一保持漂白状态。正是这一点使得分子计数成为可能，而不仅仅是可视化。

典型实验条件

不止于超分辨

同一样品池也支持与SMLM无关的研究，因为它本质上提供的是以单分子灵敏度对电极表面进行光学观察的能力。

●    单分子光谱电化学 — 以单个分子为单位观察氧化还原事件，而非仅记录系综电流。
●    染料与探针表征 — Chemical Science 的研究筛选了香豆素、罗丹明、氧杂蒽、吖啶、碳吡咯烷、碳罗丹明、菁类与噁嗪等类别中的12种荧光团，为判断哪些探针可响应电位调控提供了参考。
●    ​电化学生物传感的光学读出 — 在同一表面上结合电化学触发与荧光检测。 

对您的成像实验意味着什么

●    开关成为可控变量 — 施加电位可在您选定的时刻开启和关闭荧光团，获得比仅用光照更快、更均匀、更完整的闪烁。
●    从定性走向定量 — 近乎完全的荧光团回收使分子计数成为可能，独立的FRC分析亦印证了分辨率的提升。
●    用现有光学系统获得更多颜色 — 电化学“指纹”可增加单色光路的通道数，无需新增滤光片或激光器。
●    一个样品池兼顾两个领域 — ITO工作电极盖玻片与一体化三电极体系，把光谱电化学带到标准倒置显微镜上。我们也提供定制配置——这条产品线本身正是从一次定制需求开始的。

参考文献与图片来源

Yang Y, Berengut JF, Lee LK, Tilley RD, Kaus G, Gooding JJ. Electrochemically controlled blinking of fluorophores for quantitative STORM imaging. Nature Photonics. 2024;18(7):713–720.
Yang Y, Ma Y, Tilley RD, Gooding JJ. Electrochemically controlled switching of dyes for enhanced superresolution optical fluctuation imaging (EC-SOFI). PNAS. 2025;122(28):e2425390122.
Yang Y, Ma Y, Macmillan A, Tilley RD, Gooding JJ. Electrochemical fluorescence modulation enables simultaneous multicolour imaging. Nature Photonics. 2025;19(7):718–724.
Yang Y, Ma Y, Gooding JJ. Electrochemical dye switching assisted spectral demixing and 3D STORM imaging. Angewandte Chemie Int. Ed. 2026;65(18):e17001.
Hagness DE, Yang Y, Ma Y, Ishtiaq S, Fan S, Tilley RD, Gooding JJ. An investigative study of electrochemical induced fluorescence for fluorophores. Chemical Science. 2025;16(20):8959–8969.
Yang Y, Ma Y, Tilley RD, Gooding JJ. Electrochemical control of fluorescence emission: from intensity modulation to single molecule switching for applications in light microscopy. Accounts of Chemical Research. 2026;59(5):751–761.
图1引自 Hagness et al., Chemical Science 2025，© 原作者，依据 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）使用；除按版面调整尺寸外未作其他修改。图2引自 Yang et al., Nature Photonics 2024，经作者许可转载。