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熒光成像技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域起著舉足輕重的作用，它可以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞、組織及動(dòng)物層面的實(shí)時(shí)觀察，但在亞細(xì)胞或更小結(jié)構(gòu)的精細(xì)觀察上受限于衍射極限。近十幾年來(lái)，超分辨成像技術(shù)如STED，PALM，STORM等的發(fā)展打破了衍射極限的局限，為成像領(lǐng)域帶來(lái)了革命性的突破。

超分辨成像技術(shù)對(duì)探針的要求非常苛刻。目前，最常用的探針主要是具有光活化或光開(kāi)關(guān)性質(zhì)的熒光蛋白、量子點(diǎn)以及有機(jī)熒光小分子。其中，熒光蛋白通常較大，發(fā)光較弱且光穩(wěn)定較差。量子點(diǎn)的制備修飾復(fù)雜，且含有的重金屬有毒和具有致癌性。基于傳統(tǒng)有機(jī)發(fā)光材料的探針會(huì)發(fā)生聚集熒光猝滅和光漂白。因此，開(kāi)發(fā)光穩(wěn)定性好、發(fā)光效率高、制備簡(jiǎn)單、生物兼容性較好的探針是未來(lái)超分辨成像研究和實(shí)踐的主要目標(biāo)，具有極大的挑戰(zhàn)性。

為了克服傳統(tǒng)有機(jī)發(fā)光分子在超分辨成像領(lǐng)域光穩(wěn)定性不好和聚集猝滅等不足，唐本忠院士及其團(tuán)隊(duì)最近設(shè)計(jì)并合成了一系列新型光活化AIE探針，首次將AIE材料應(yīng)用于超分辨成像領(lǐng)域，表現(xiàn)出優(yōu)異的活細(xì)胞線粒體的超分辨成像性能。

他們巧妙地利用扭曲分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)和芳香環(huán)旋轉(zhuǎn)耗能雙重作用，使AIE探針剛開(kāi)始不發(fā)光，處于熒光“暗態(tài)”。當(dāng)光激活后，該AIE探針會(huì)發(fā)生非傳統(tǒng)區(qū)域選擇性光致氧化關(guān)環(huán)反應(yīng)。根據(jù)分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)受限機(jī)制，新形成的共價(jià)鍵會(huì)限制分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)，誘導(dǎo)高效發(fā)光，得到熒光“亮態(tài)”。這種高效發(fā)光“亮態(tài)”會(huì)被特定的光猝滅，使其又回到熒光“暗態(tài)”。不斷重復(fù)這個(gè)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)被標(biāo)記物的衍射極限以下的超分辨成像。由此，利用該特性，他們成功實(shí)現(xiàn)活細(xì)胞中線粒體的超分辨成像，并對(duì)線粒體融合分裂動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了觀察研究，充分體現(xiàn)了該AIE探針在活細(xì)胞超分辨成像方面所具備的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

相對(duì)于其它探針，該AIE探針具有以下顯著優(yōu)勢(shì)：高的光穩(wěn)定性帶來(lái)高的光活化產(chǎn)物產(chǎn)率；光活化產(chǎn)物具有高的發(fā)光效率，500 nm以上的長(zhǎng)波長(zhǎng)激發(fā)以及pH和環(huán)境穩(wěn)定；不需要硫醇或除氧劑的輔助，直接在生理?xiàng)l件下自發(fā)閃爍，實(shí)現(xiàn)活細(xì)胞內(nèi)超分辨成像。

這項(xiàng)研究充分體現(xiàn)AIE探針優(yōu)異的光穩(wěn)定性在超分辨成像應(yīng)用上的雙贏，結(jié)果發(fā)表在Advanced Materials（Adv. Mater. 2016, 28, 5064–507）雜志上。為將AIE應(yīng)用于超分辨成像領(lǐng)域邁出了開(kāi)創(chuàng)性的一步，必將會(huì)激勵(lì)研究者設(shè)計(jì)出更亮、更光穩(wěn)定以及性能更好的超分辨成像AIE探針，對(duì)更精細(xì)地理解生物體系具有非常深遠(yuǎn)的意義。

參考文獻(xiàn)：

1. A Mitochondrion-Specific Photoactivatable Fluorescence Turn-On AIE-Based Bioprobe for Localization Super-Resolution Microscope. Xinggui Gu, Engui Zhao, Teng Zhao, Miaomiao Kang, Chen Gui, Jacky W. Y. Lam, Shengwang Du, Michael M. T. Loy, and Ben Zhong Tang* Adv. Mater. 2016, 28, 5064–5071.

2. AIE opens new applications in super-resolution imaging. Jiong Zhou, Guocan Yu* and Feihe Huang* J. Mater. Chem. B 2016, 4, 7761–7765.