【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學院大連化學物理研究所生物技術(shù)研究部分子探針與熒光成像研究組(1818組)徐兆超研究員、喬慶龍副研究員團隊利用親水性醚鏈對羅丹明進行N端修飾，開發(fā)了一系列具有水中高亮度的醚鏈羅丹明染料。這類新型染料憑借其水中高亮度和低團聚特性，能夠有效降低活細胞內(nèi)非靶向結(jié)合，在活細胞超分辨熒光成像中展現(xiàn)出高精度定位、高亮度和高信噪比的性能。
 

　　羅丹明染料因其獨特的非熒光螺內(nèi)酯和熒光兩性離子之間的動態(tài)平衡轉(zhuǎn)換特性，能夠控制熒光的開啟和閃爍，這一特性使其在活細胞的熒光標記和超分辨熒光成像領(lǐng)域具有獨特優(yōu)勢。然而，傳統(tǒng)羅丹明染料一直存在水中亮度低和易團聚導致非靶向結(jié)合的問題。由于水環(huán)境是絕大多數(shù)生命活動的場所，因此提高羅丹明染料在水中的亮度和染色信噪比，成為開發(fā)超分辨成像染料亟待解決的關(guān)鍵問題。
 

　　研究表明，染料在水環(huán)境中的熒光淬滅主要源于三種機制：一是疏水性強的染料會產(chǎn)生聚集誘導淬滅；二是水分子的羥基伸縮振動會導致激發(fā)態(tài)染料的能量外轉(zhuǎn)換；三是在高極性的水環(huán)境中會出現(xiàn)嚴重的分子內(nèi)扭轉(zhuǎn)電荷轉(zhuǎn)移(TICT)。雖然目前已有針對單一淬滅途徑的改善策略，但沒有既能同時解決這三種熒光淬滅問題，又保留羅丹明“聚集-解聚”介導的專一分子識別性能的解決方案。
 

　　在本工作中，研究團隊采用醚鏈對羅丹明的N取代基進行修飾，高水溶性的醚鏈能夠有效降低羅丹明在水中的聚集淬滅，醚鏈的吸電子性可降低TICT的驅(qū)動能，醚鏈在水中能形成包封共軛氧雜蒽部分的分子構(gòu)象，抑制水-羅丹明相互作用，從而有效抑制水對羅丹明的淬滅。此外，醚鏈還能降低羅丹明的親脂性，有效抑制其在細胞中的非特異性結(jié)合，提高對靶標標記的準確性。
 

　　實驗結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)親脂性N烷基羅丹明相比，基于醚鏈羅丹明衍生的HaloTag熒光探針在活細胞內(nèi)的背景熒光顯著降低，信噪比與亮度均得到提升，在SIM動態(tài)成像和STED成像中表現(xiàn)突出。此外，醚鏈羅丹明衍生的溶酶體SMLM探針能夠?qū)崿F(xiàn)細胞死亡過程中全細胞溶酶體的動態(tài)監(jiān)測，而透膜性較差的長醚鏈羅丹明則可實現(xiàn)細胞凋亡過程中細胞膜通透性變化的全過程監(jiān)測。
 

　　相關(guān)研究成果以“Ether Rhodamines with Enhanced Hydrophilicity,Fluorogenicity,and Brightness for Super-Resolution Imaging”為題，發(fā)表在《美國化學會志》(Journal of the American Chemical Society)上。該工作的第一作者是我所1818組已畢業(yè)博士房香凝。研究工作得到國家自然科學基金、中國科學院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團隊項目、我所創(chuàng)新基金等項目的資助。