AIE革命性突破:超分辨成像

365体育官网2017年2月5日讯  超分辨成像技术对探针的要求非常苛刻。目前,最常用的探针主要是具有光活化或光开关性质的荧光蛋白、量子点以及有机荧光小分子。其中,荧光蛋白通常较大,发光较弱且光稳定较差。量子点的制备修饰复杂,且含有的重金属有毒和具有致癌性。基于传统有机发光材料的探针会发生聚集荧光猝灭和光漂白。因此,开发光稳定性好、发光效率高、制备简单、生物兼容性较好的探针是未来超分辨成像研究和实践的主要目标,具有极大的挑战性。

荧光成像技术在生物医学领域起着举足轻重的作用,它可以实现细胞、组织及动物层面的实时观察,但在亚细胞或更小结构的精细观察上受限于衍射极限。近十几年来,超分辨成像技术如STED,PALM,STORM等的发展打破了衍射极限的局限,为成像领域带来了革命性的突破。

为了克服传统有机发光分子在超分辨成像领域光稳定性不好和聚集猝灭等不足,唐本忠院士及其团队最近设计并合成了一系列新型光活化AIE探针,首次将AIE材料应用于超分辨成像领域,表现出优异的活细胞线粒体的超分辨成像性能。

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AIE革命性突破:超分辨成像

他们巧妙地利用扭曲分子内电荷转移效应和芳香环旋转耗能双重作用,使AIE探针刚开始不发光,处于荧光“暗态”。当光激活后,该AIE探针会发生非传统区域选择性光致氧化关环反应。根据分子内旋转受限机制,新形成的共价键会限制分子内旋转,诱导高效发光,得到荧光“亮态”。这种高效发光“亮态”会被特定的光猝灭,使其又回到荧光“暗态”。不断重复这个过程,实现被标记物的衍射极限以下的超分辨成像。由此,利用该特性,他们成功实现活细胞中线粒体的超分辨成像,并对线粒体融合分裂动力学进行了观察研究,充分体现了该AIE探针在活细胞超分辨成像方面所具备的实际应用价值。

相对于其它探针,该AIE探针具有以下显著优势:高的光稳定性带来高的光活化产物产率;光活化产物具有高的发光效率,500 nm以上的长波长激发以及pH和环境稳定;不需要硫醇或除氧剂的辅助,直接在生理条件下自发闪烁,实现活细胞内超分辨成像。

这项研究充分体现AIE探针优异的光稳定性在超分辨成像应用上的双赢,结果发表在Advanced Materials(Adv. Mater. 2016, 28, 5064–507)杂志上。为将AIE应用于超分辨成像领域迈出了开创性的一步,必将会激励研究者设计出更亮、更光稳定以及性能更好的超分辨成像AIE探针,对更精细地理解生物体系具有非常深远的意义。

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