分子间相互作用的原子级表征对于深入理解各种分子行为的微观机理有着重要意义。然而，分子存在热运动现象和电子敏感性，使得单分子结构的捕获与表征面临极大挑战。目前，通过表面吸附和低温冷冻等技术可以有效“冻结”小分子构象，同时降低了对分子结构的损伤，从而可以进行后续的结构解析。但这些方法对样品质量以及测试环境提出了很高的要求，存在一定的技术局限性，因此我们亟需发展新的空间限域与成像方法，以实现室温乃至更高温度下分子及其相互作用的可视化分析。
在纳米材料研究领域，通过构筑具有亚纳米级孔道结构的微孔材料，可以实现对目标分子的有效限域并“冻结”其构象。同时，低剂量电子显微技术的突破使得我们无损地表征小分子等电子敏感体系成为了可能。纳米限域与低剂量成像技术的结合将为高分辨率解析小分子及其相互作用提供新的思路。
近日，苏州大学功能纳米与软物质研究院（funsom）宋斌副研究员、申博渊教授及其合作者，针对三种不同的限域系统展开成像分析，包括钙钛矿体系（离子相互作用）、沸石/芳烃分子体系（范德华相互作用）以及金属有机框架体系（配位相互作用），创新性地提出一种分子成像的通用策略。该策略将低电子剂量成像技术（以积分差分相位衬度技术为代表）与增强限域效应相结合，成功实现了对分子（离子）结构和相互作用的高分辨率成像分析。他们还提出将分子图像的长径比设为关键参数，来评估三种材料体系中主客体相互作用强度。通过变换客体分子，他们深入分析了每种相互作用强度对分子成像质量产生的影响。研究发现，在钙钛矿和沸石/芳烃分子体系中，可以通过增强主客体相互作用获得清晰分子（离子）构象和取向的图像；而在金属有机框架体系中，甚至能够对芳烃分子的原子级结构以及配位键长进行精确的成像解析。该研究结果为分子成像与相互作用的关系提供了普适性描述，为借助实空间成像探究更多应用场景中的分子行为机理开辟了新途径。相关成果发表在nature communications期刊上（doi: 10.1038/s41467-025-57816-4）。
图.通过增强约束实现分子结构成像的策略
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文章题目：imaging molecular structures and interactions by enhanced confinement effect in electron microscopy
作者信息：
mengmeng ma#（马蒙蒙）, qinnan yu#（郁沁楠）, jiayi zhang（张家奕）, xiao chen*（陈晓）, wenbo li（李文波）, xianlin qu（曲先林）, xuliang zhang（张旭良）, jiale feng（封加乐）, fei wei（魏飞）, jianyu yuan（袁建宇）, tao cheng（程涛）, sheng dai（戴升）, yi wang*（王毅）, bin song*（宋斌）, boyuan shen*（申博渊）
申博渊教授简介：https://funsom.suda.edu.cn/ee/df/c2735a454367/page.htm
责任编辑：郭佳