罗亮/孟凡玲合作组制备超强活细胞拉曼成像探针

拉曼成像技术具有许多独特的优点,应用前景广泛。然而,普通分子拉曼散射信号的强度较低,一直以来都是限制拉曼成像技术发展的主要瓶颈。为了提高拉曼信号强度,研究者们从许多不同的领域开展了研究工作:从材料学的角度,表面增强拉曼(SERS)是一种有效的策略;从光物理学的角度,利用相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)或受激拉曼散射(SRS)技术能够显著提高分子的拉曼信号。尽管上述增强拉曼信号的技术能够一定程度上解决该领域所面临的困难,但是分子本身拉曼信号强度低的问题仍然没有得到根本的解决。因此,如何利用合适的分子设计获得本身具有高强度拉曼信号的新型分子仍然是具有重大意义和挑战性的研究工作。
 
2020年1月3日,Nature Communications在线发表了华中科技大学生命学院罗亮教授、孟凡玲副教授课题组、国家光电研究中心王平教授课题组与纽约州立大学石溪分校Joseph W. Lauher教授课题组合作在活细胞拉曼成像领域取得的最新进展Polydiacetylene-based ultrastrong bioorthogonal Raman probes for targeted live-cell Raman imaging
 
针对拉曼成像的关键问题,研究人员合作进行了开发新型高强度拉曼探针分子的研究工作。在这项研究中,研究人员利用主客体共晶模板法,实现了水溶性共轭聚丁二炔分子的合成。利用共轭聚丁二炔的主链高度共轭性质显著提升其碳碳三键的拉曼信号强度,同时克服了该类材料水溶性差的缺点,使其能够应用于生物成像。如图1所示。
 
图1 基于水溶性可修饰共轭聚丁二炔的超高强度拉曼探针及细胞器靶向的活细胞成像
 
研究结果表明,在水溶液中,新型水溶性共轭聚丁二炔相比于现有的拉曼探针,其碳碳三键的信号强度大幅提升了4个数量级。基于此高强度的拉曼信号,这种新型拉曼探针的检测限可降低至10 nM。以这种新型水溶性共轭聚丁二炔为基础,研究人员进一步对其进行了靶向分子修饰,使其能够在活细胞内富集于特定的细胞器。基于此类材料,研究人员进行了细胞器靶向的活细胞拉曼成像,结果表明,新型探针能够有效富集于特定的细胞器结构并获得高质量的成像结果。值得注意的是,由于新型拉曼探针的超高强度拉曼信号,研究人员在进行拉曼成像时,可将激发光源的功率降低10-30倍,成像速度提高50-100倍,成像质量仍显著优于传统拉曼探针。因此,这种新型水溶性共轭聚丁二炔克服了拉曼成像领域中的重大难题,是一种极具前景的拉曼成像探针。
 
据悉,华中科技大学博士后田斯丹,国家光电研究中心博士生李昊政和纽约州立大学石溪分校Li Zhong博士为论文共同第一作者,华中科技大学罗亮教授、孟凡玲副教授、王平教授和Joseph W. Lauher教授为论文共同通讯作者。华中科技大学生命科学与技术学院为论文第一通讯单位。华中科技大学生命学院杨祥良教授和华中科技大学引力中心王顺教授参与了本项目的研究。
 
原文链接:
https://doi.org/10.1038/s41467-019-13784-0
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