高性能超分辨单分子染料:1,3双取代咪唑鎓取代罗丹明

本文摘要：超分辨率光学成像技术打破了传统光学显微镜分辨率极限(又称衍射极限)的束缚，带来了生物学等基础学科的重大突破。超分辨率显微镜中的核心技术，简称STORM，随机光学重建显微镜。该技术通过强力激光，使荧光染···

　　超分辨率光学成像技术打破了传统光学显微镜分辨率极限(又称衍射极限)的束缚，带来了生物学等基础学科的重大突破。超分辨率显微镜中的核心技术，简称STORM，随机光学重建显微镜。该技术通过强力激光，使荧光染料分子在特定的溶液中不断在荧光和非荧光之间随机转换，使视场中的大部分荧光分子以独立的艾里斑(AiryDisk)的形式出现。单分子定位的精度可以通过拟合每个艾里斑的中心位置达到10nm左右，从而实现超分辨率成像。

　　高性能STORM荧光染料的设计和**是一个非常具有挑战性的问题。到目前为止，基于其他波长刺激的荧光染料的性能仍然不令人满意，尽管基于红光(如647纳米)刺激的传统染料分子表现优异，但它们无法实现高效和持久的光控转换。

　　

　　加州大学伯克利分校化学系Ke Xu教授课题组与生物科技公司Biotium合作报道一种实现高性能STORM染料的新思路。利用1,3-双取代咪唑鎓替代罗丹明类染料中的苯环，得到的新型荧光染料分子CF583R和CF597R实现了优异的绿光光控转换。1,3-双取代咪唑鎓带有固有正电荷，因此可促成染料分子捕获电子而进入非荧光态，进而实现光敏化。

　　

　　因此，与现有基于绿光激发的STORM染料相比，在相同的条件下，这类新型荧光分子能更有效地进入非荧光状态，同时也能在紫外光源的照射下快速恢复到荧光态，并且在这整个过程中保持较低的净损失。单分子荧光表征进一步发现这类新型分子在荧光亮暗转换动力学，单个循环释放的光子数目，以及对激光的耐受力等方面都表现出优越性能。

　　

　　基于以上优异的光控转换及单分子荧光性能，作者实现了高性能STORM成像，例如在560纳米激发下得到清晰的肌动蛋白(actin)细胞骨架超分辨图像。结合已有的基于红光激发的染料分子，作者进一步展示了高性能双色三维STORM超分辨成像。

　　综上，1,3-双取代咪唑鎓取代罗丹明开辟了一条实现高性能STORM染料的新思路。CF583R和CF597R这两款新型染料也为多色STORM成像提供了极大的便利。

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