目前的化学反应往往被概念化为单个分子转化为产物，但通常是在探究整体平均行为的实验中观察到的。单分子方法超越了整体平均，揭示了反应位置、途径和动力学的统计分布。目前的反应过程已经通过光学陷阱和扫描探针显微镜在确定的位置上以高空间分辨率操作和观察单个反应，以及使用超灵敏的光探测器实现高通量单分子测量的现代光学方法得到了证明。然而，有效探索单分子溶液化学仍然是一个挑战。

有鉴于此，浙江大学的冯建东研究员等人，演示了水溶液中单分子电化学反应的光学成像及其在超分辨率显微镜中的应用。

本文要点

1）实验通过在一个观察通道中隔离电化学发光(ECL)反应进行，在这个通道中，单分子ECL反应只能发射一个光子，以确保最小的背景信号。采用一个广泛探索的模型ECL体系，钌配合物三(2,2′-联吡啶)Ru(II)，即Ru(bpy)₃²⁺，与其共反应物三丙胺(TPrA)再生。

2）开发了一种结合宽场光学成像和电化学记录系统，用于监测水溶液中单分子钌基ECL反应。ECL反应，由一个典型的三电极电化学池触发和控制，该电化学池产生工作电压，并用低噪声电流放大器记录电化学电流。

3）单分子ECL显微镜，可以发展为实现细胞结构的靶向可视化，钌基探针可以用于细胞结构的锚定。与荧光显微镜一样，通过捕获固定探针分子多次激发过程发出的光子来进行信号放大，可以进一步提高该方法的成像能力和特异性。

总之，该方法将促进对电化学反应的基本理解，并在生物分析和细胞成像中具有巨大的应用潜力。

参考文献：

Dong, J., Lu, Y., Xu, Y. et al. Direct imaging of single-molecule electrochemical reactions in solution. Nature 596, 244–249 (2021).

DOI: 10.1038/s41586-021-03715-9

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03715-9