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  1月5日，《自然-通訊》在線發(fā)表了華中科技大學(xué)生命學(xué)院羅亮教授、孟凡玲副教授課題組，以及武漢光電國家研究中心王平教授課題組與紐約州立大學(xué)石溪分校Joseph W. Lauher教授課題組合作在活細(xì)胞拉曼成像領(lǐng)域取得的最新進(jìn)展“Polydiacetylene-based ultrastrong bioorthogonal Raman probes for targeted live-cell Raman imaging”。

  拉曼成像技術(shù)具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣泛。然而，普通分子拉曼散射信號的強(qiáng)度較低，一直以來都是限制拉曼成像技術(shù)發(fā)展的主要瓶頸。為了提高拉曼信號強(qiáng)度，研究者們從許多不同的領(lǐng)域開展了研究工作：從材料學(xué)的角度，表面增強(qiáng)拉曼（SERS）是一種有效的策略；從光物理學(xué)的角度，利用相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）或受激拉曼散射（SRS）技術(shù)能夠顯著提高分子的拉曼信號。盡管上述增強(qiáng)拉曼信號的技術(shù)能夠一定程度上解決該領(lǐng)域所面臨的困難，但是分子本身拉曼信號強(qiáng)度低的問題仍然沒有得到根本的解決。因此，如何利用合適的分子設(shè)計(jì)獲得本身具有高強(qiáng)度拉曼信號的新型分子仍然是具有重大意義和挑戰(zhàn)性的研究工作。

  針對上述問題，研究人員合作進(jìn)行了開發(fā)新型高強(qiáng)度拉曼探針分子的研究工作。在這項(xiàng)研究中，研究人員利用主客體共晶模板法，實(shí)現(xiàn)了水溶性共軛聚丁二炔分子的合成。利用共軛聚丁二炔的主鏈高度共軛性質(zhì)顯著提升其碳碳三鍵的拉曼信號強(qiáng)度，同時(shí)克服了該類材料水溶性差的缺點(diǎn)，使其能夠應(yīng)用于生物成像。

圖為基于水溶性可修飾共軛聚丁二炔的超高強(qiáng)度拉曼探針及細(xì)胞器靶向的活細(xì)胞成像

  研究結(jié)果表明，在水溶液中，新型水溶性共軛聚丁二炔相比于現(xiàn)有的拉曼探針，其碳碳三鍵的信號強(qiáng)度大幅提升了4個(gè)數(shù)量級。基于此高強(qiáng)度的拉曼信號，這種新型拉曼探針的檢測限可降低至10 nM。以這種新型水溶性共軛聚丁二炔為基礎(chǔ)，研究人員進(jìn)一步對其進(jìn)行了靶向分子修飾，使其能夠在活細(xì)胞內(nèi)富集于特定的細(xì)胞器�；诖祟惒牧�，研究人員進(jìn)行了細(xì)胞器靶向的活細(xì)胞拉曼成像，結(jié)果表明，新型探針能夠有效富集于特定的細(xì)胞器結(jié)構(gòu)并獲得高質(zhì)量的成像結(jié)果。值得注意的是，由于新型拉曼探針的超高強(qiáng)度拉曼信號，研究人員在進(jìn)行拉曼成像時(shí)，可將激發(fā)光源的功率降低10-30倍，成像速度提高50-100倍，成像質(zhì)量仍顯著優(yōu)于傳統(tǒng)拉曼探針。因此，這種新型水溶性共軛聚丁二炔克服了拉曼成像領(lǐng)域中的重大難題，是一種極具前景的拉曼成像探針。

  華中科技大學(xué)生命學(xué)院博士后田斯丹，武漢光電國家研究中心博士生李昊政和紐約州立大學(xué)石溪分校Li Zhong博士為論文共同第一作者，生命學(xué)院羅亮教授、孟凡玲副教授、武漢光電國家研究中心王平教授和紐約州立大學(xué)石溪分校Joseph W. Lauher教授為論文共同通訊作者。華中科技大學(xué)生命學(xué)院為論文第一通訊單位。該工作得到了科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金委和中國博士后科學(xué)基金的資助。生命學(xué)院楊祥良教授和引力中心王順教授參與了本項(xiàng)目的研究。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-019-13784-0