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活细胞纳米分辨成像探针研制获突破进展
2025年10月15日 10:59:36
来源：化工仪器网 点击量：4207
中国科学院理化技术研究所联合中国科学院杭州医学研究所成功克服了以往研究中对复杂且昂贵的MINFLUX超分辨成像仪器的依赖，充分展现了单链超小荧光聚合物纳米点在推动纳米尺度单分子水平生物分子研究领域的巨大潜力。
近日，中国科学院理化技术研究所前沿交叉研究中心王健君研究员团队联合中国科学院杭州医学研究所方晓红研究员团队，在深入揭示冰晶成核与生长机制的基础上，发明冷冻组装策略，将单条有机荧光聚合物链制备成尺寸<5 nm的单链超小荧光聚合物纳米点(suPdots)。这些单链超小荧光聚合物纳米点组成明确、表面易修饰、荧光发射可调、高亮度和优异光稳定性，为先进荧光显微成像提供了一类强大的探针工具。
近年来，荧光探针技术凭借其高灵敏度、可视化及实时成像等显著优势，在分子生物学、生理学、临床诊断学等多个学科领域得到越来越广泛的应用，已成为生命科学研究领域不可或缺的关键技术。
然而，传统的荧光分子探针(如染料和荧光蛋白)往往因亮度不足和光稳定性差，难以满足高时空分辨率下追踪单个生物分子的需求；而明亮且稳定的荧光纳米颗粒，又因其相对较大的尺寸(>10 nm)及复杂不可控的表面修饰，难以实现较高密度的特异性标记且容易对所标记的生物分子的生理行为造成干扰。因此，研制出一款能够同时满足两者因素的荧光探针是相关领域研究的一大难题。
为此，科研团队在深入揭示冰晶成核与生长机制的基础上，发明冷冻组装策略，将单条有机荧光聚合物链制备成尺寸<5 nm的单链超小荧光聚合物纳米点。
经实验证明，该单链超小荧光聚合物纳米点具有显著的优势性能：
其一，探针选材兼顾实用性与多样性，选用可商业化获取的共轭聚合物链，且荧光光谱覆盖全光谱范围，满足不同场景的成像需求；
其二，光物理特性优异，单颗粒亮度约为绿色荧光蛋白（EGFP）的15倍，且不同结构的荧光聚合物链可呈现差异化单颗粒光学行为（如On-Off闪烁、稳定荧光发射），能根据具体成像应用需求灵活选取与调控；
其三，表面修饰精准可控，通过对单链聚合物进行特定官能团修饰，可实现suPdots的定量靶向修饰—将其与抗体偶联后，能够对多种亚细胞结构进行高特异性、高密度标记。
在实际应用中，该探针成功揭示了网格蛋白包被内凹小体的中空环状结构；更重要的是，依托单链超小荧光聚合物纳米点的高亮度与超小尺寸优势，研究团队使用常规转盘共聚焦荧光显微镜，以50赫兹的时间分辨率和约8纳米的定位精度，清晰解析了单个驱动蛋白在活细胞内的运动步长。这一突破成功克服了以往研究中对复杂且昂贵的MINFLUX超分辨成像仪器的依赖，充分展现了单链超小荧光聚合物纳米点在推动纳米尺度单分子水平生物分子研究领域的巨大潜力。
素材来源：中国科学院理化技术研究所
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