超分辨成像技術(shù)打破了光學(xué)顯微鏡的Abbe’s衍射極限，提供了卓越的空間和時(shí)間分辨率。在各種超分辨率成像技術(shù)中，受激發(fā)射損耗納米顯微鏡（STED）非常適合于活細(xì)胞成像，是研究活細(xì)胞動(dòng)態(tài)的重要工具。在STED成像中，損耗激光的功率高達(dá)數(shù)GW/cm2。因此，在活細(xì)胞中進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間STED成像需要熒光物質(zhì)同時(shí)具備以下特性：1）優(yōu)異的光穩(wěn)定性以抵抗光漂白；2）極小的光毒性以維持活細(xì)胞處于正常生理狀態(tài)；3）長(zhǎng)的波長(zhǎng)（>650 nm）以減小光損傷并減少自發(fā)熒光干擾；4）高的亮度以提高圖像的信號(hào)/噪聲比；5）大的Stokes位移以避免熒光物質(zhì)的自吸收。然而，現(xiàn)有熒光染料很少能同時(shí)具備這些性質(zhì)。近日，中南大學(xué)宋相志團(tuán)隊(duì)、新加坡科技設(shè)計(jì)大學(xué)劉曉剛團(tuán)隊(duì)以及安徽大學(xué)張瑞龍團(tuán)隊(duì)聯(lián)合報(bào)道了一種改良染料多方位性能的通用性策略，以適用于活細(xì)胞內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間超分辨成像。
圖1. DMA染料結(jié)構(gòu)。
在這項(xiàng)研究中，作者通過引入9,9-二甲基-9,10-二氫吖啶（DMA）作為電子供體，很好彌補(bǔ)了傳統(tǒng)染料在光穩(wěn)定性、光毒性、波長(zhǎng)、亮度和Stokes位移多方面的缺點(diǎn)。DMA供體通過擴(kuò)大染料的π共軛體系來實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)紅移；其相對(duì)剛性的結(jié)構(gòu)有利于染料保持高量子產(chǎn)率；而特定的蝶形震動(dòng)增加了分子的幾何弛豫進(jìn)而增大了Stokes位移；更重要的是，DMA供體有效抑制了染料分子形成三重態(tài)，并具有強(qiáng)的抗氧化能力，因而DMA基染料能對(duì)抗光降解，并降低對(duì)活細(xì)胞的光毒性。有意義的是，DMA適用于各類熒光染料家族，不僅包括羅丹明家族染料，還包括二氟硼絡(luò)合物和香豆素衍生物等。通過DMA優(yōu)化的羅丹明和香豆素染料對(duì)線粒體和脂滴進(jìn)行雙色標(biāo)記，并在超分辨鏡頭下研究了它們長(zhǎng)時(shí)間動(dòng)態(tài)相互作用；通過對(duì)HaloTag標(biāo)記的膜蛋白的STED成像，進(jìn)一步證實(shí)了DMA染料優(yōu)越的光穩(wěn)定性以及在蛋白質(zhì)長(zhǎng)時(shí)間可視化成像中的重要應(yīng)用。
圖2. DMA染料對(duì)HaloTag蛋白的實(shí)時(shí)STED成像。
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