脂滴(Lipid droplets, LDs)由磷脂單分子表層和中性脂內(nèi)核組成,是細(xì)胞內(nèi)中性脂的主要貯存場(chǎng)所,廣泛存在于多種動(dòng)植物細(xì)胞中。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn),脂滴并非是一個(gè)“惰性”的能量貯存器,而是活躍的多功能細(xì)胞器,它的異常與肥胖、II型糖尿病、脂肪肝、高脂血癥和動(dòng)脈粥樣硬化等疾病有著密切的聯(lián)系。因此,脂滴的檢測(cè)對(duì)生物醫(yī)學(xué)研究和臨床診斷具有重要意義。
近年來(lái),熒光檢測(cè)方法以其高靈敏性、高分辨率、操作簡(jiǎn)單和價(jià)格低廉等特點(diǎn)逐漸成為生物醫(yī)學(xué)研究的重要研究手段。商業(yè)化的脂滴熒光染料主要有尼羅紅(Nile Red)和BODIPY493/503,但是,這些染料仍存在著一些重要的缺陷:熒光背景強(qiáng)和斯托克斯位移小。更糟糕的是,這些傳統(tǒng)的熒光分子還面臨著聚集誘導(dǎo)淬滅(aggregation-caused quenching,ACQ)的問(wèn)題。ACQ導(dǎo)致這些分子只能在低濃度下使用,在成像中極易因光漂白發(fā)生熒光強(qiáng)度快速減弱。
從2001年聚集誘導(dǎo)發(fā)光(aggregation-induced emission,AIE)的提出至今,香港科技大學(xué)的唐本忠院士課題組便致力于利用AIE的概念解決傳統(tǒng)熒光分子面臨的問(wèn)題,AIE脂滴熒光探針便是其中的一個(gè)方面。相比傳統(tǒng)的商用熒光染料,AIE脂滴熒光探針在成像中具有亮度高、斯托克斯位移大和光穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),能滿足研究中細(xì)胞內(nèi)脂滴的跟蹤與分析的要求。
圖1. 雙光子激發(fā)示意圖。
然而,這些AIE脂滴熒光探針仍然存在激發(fā)波長(zhǎng)短的問(wèn)題,導(dǎo)致在組織切片中具有較強(qiáng)的背景熒光和較低的穿透深度。為了解決這些問(wèn)題,大量的精力投入到合成長(zhǎng)波長(zhǎng)激發(fā)的熒光染料,然而成功的例子卻寥寥無(wú)幾。該方案主要面臨的挑戰(zhàn)是增大分子間共軛引起合成困難、分子量變大、分子疏水性增強(qiáng)、細(xì)胞穿透性降低、紅光量子產(chǎn)率低等問(wèn)題。另一方面,雙光子激發(fā)在生物醫(yī)學(xué)研究和臨床診斷中越來(lái)越受歡迎。雙光子激發(fā)是指物質(zhì)在強(qiáng)激光下同時(shí)吸收兩個(gè)低能量的光子(一般是近紅外光子)而從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)的非線性光物理過(guò)程。隨著飛秒泵浦激光器的商業(yè)化,雙光子激發(fā)或熒光成像越來(lái)越普及。相比于單光子激發(fā),雙光子激發(fā)具有長(zhǎng)波長(zhǎng)激發(fā)、較少的自發(fā)熒光、高3D分辨率、較少的光漂白和較深的組織穿透深度等優(yōu)點(diǎn)。若人們能將AIE特征與雙光子激發(fā)的結(jié)合起來(lái),構(gòu)建一個(gè)雙光子AIE熒光探針,便可以為脂滴跟蹤和分析提供性能優(yōu)越的生物探針,促進(jìn)脂滴相關(guān)疾病的研究。
圖2. 雙光子AIE脂滴熒光探針的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及其應(yīng)用。
圖3. 單光子激發(fā)和雙光子激發(fā)的對(duì)比;TPA-BI應(yīng)用于組織切片中的脂滴成像,雙光子激發(fā)明顯降低背景熒光。
基于課題組前期的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)積累,在近期的工作中,唐本忠院士課題組設(shè)計(jì)了一種AIE探針,即TPA-BI,用于脂滴的雙光子成像。TPA-BI分子采用供體-π-受體(donor-π-acceptor,D-π-A)的結(jié)構(gòu),其中三苯胺不僅是強(qiáng)電子供體,同時(shí)還是很好的雙光子分子構(gòu)建基元,而B(niǎo)I部分則是AIE的構(gòu)建基元。按照預(yù)期,D-π-A結(jié)構(gòu)的TPA-BI由于存在扭曲分子內(nèi)的電荷轉(zhuǎn)移(TICT),表現(xiàn)出很強(qiáng)的溶劑化效應(yīng),在非極性環(huán)境下熒光藍(lán)移增強(qiáng),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)脂滴非極性環(huán)境的特異性響應(yīng)。TPA-BI也表現(xiàn)出AIE特征,其斯托克斯位移可達(dá)202 nm。TPA-BI可用410 nm的單光子激發(fā),同時(shí)也可用840 nm進(jìn)行雙光子激發(fā),其雙光子吸收截面高達(dá)213 GM。實(shí)驗(yàn)證明TPA-BI非常適合于各種活細(xì)胞系和固定組織切片中的雙光子成像,兼具AIE和雙光子在成像上的優(yōu)點(diǎn),優(yōu)于商業(yè)染料。這一成果近期發(fā)表在Chemical Science 上,文章的第一作者是香港科技大學(xué)的博士研究生江美娟和顧星桂博士。
論文鏈接:http://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2017/sc/c7sc01400g
- 從“0到1”的飛躍 - 唐本忠院士團(tuán)隊(duì)《Acc. Chem. Res.》先驅(qū)報(bào)告:帶你讀懂聚集誘導(dǎo)發(fā)光(AIE)的前世今生 2026-03-23
- 香港科技大學(xué)唐本忠教授團(tuán)隊(duì) JACS:AIE-多酸晶體穩(wěn)定自由基實(shí)現(xiàn)高效光熱轉(zhuǎn)化 2026-03-09
- 南林蔡旭敏/王石發(fā)、港中深唐本忠、浙大張鑒予 Chem. Sci.:從天然電子受體到極性/多晶型響應(yīng)的BioAIE智能防偽材料 2025-12-17
- 南林蔡旭敏、港中深唐本忠/汪文錦團(tuán)隊(duì) AFM: 松香基天然電子受體構(gòu)建TICT活性的雙功能BioAIE材料 2025-07-22
- 唐本忠教授/林榮業(yè)教授團(tuán)隊(duì)、胡連瑞研究員 Nat. Commun.:變色龍聚集誘導(dǎo)發(fā)光分子在光、熱調(diào)控下六重穩(wěn)定態(tài)的可控轉(zhuǎn)換 2025-07-11
- 香港中文大學(xué)(深圳)唐本忠院士/趙征教授團(tuán)隊(duì)《ACS Nano》:細(xì)胞膜靶向的聚集誘導(dǎo)發(fā)光分子用于神經(jīng)追蹤和損傷的可視化 2025-01-21
誠(chéng)邀關(guān)注高分子科技
- 國(guó)產(chǎn)先鋒接棒海外巨頭,PMEC...
- 為什么2026年的行業(yè)會(huì)議,都...
- 制藥科研效率升級(jí),看PMEC C...
- 2026年第七屆中國(guó)實(shí)驗(yàn)室發(fā)展...
- 限免領(lǐng)票丨300+先鋒企業(yè)齊聚...
- 揚(yáng)帆中東,共繪科研儀器新藍(lán)...
- 萬(wàn)眾矚目 重磅開(kāi)局!2025機(jī)...
- ICIE國(guó)際(廣州)涂料工業(yè)展覽...
- 開(kāi)展在即|聚勢(shì)西部,鏈動(dòng)未...
- 9月深圳見(jiàn)真章:AI驅(qū)動(dòng)+國(guó)產(chǎn)...
- 關(guān)于舉辦第二十三屆中國(guó)國(guó)際...