1月5日，《自然-通訊》在線發表了華中科技大學生命學院羅亮教授、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石溪分校Joseph W. Lauher教授課題組合作在活細胞拉曼成像領域取得的最新進展“Polydiacetylene-based ultrastrong bioorthogonal Raman probes for targeted live-cell Raman imaging”。
拉曼成像技術具有許多獨特的優點，應用前景廣泛。然而，普通分子拉曼散射信號的強度較低，一直以來都是限制拉曼成像技術發展的主要瓶頸。為了提高拉曼信號強度，研究者們從許多不同的領域開展了研究工作：從材料學的角度，表面增強拉曼（SERS）是一種有效的策略；從光物理學的角度，利用相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）或受激拉曼散射（SRS）技術能夠顯著提高分子的拉曼信號。盡管上述增強拉曼信號的技術能夠一定程度上解決該領域所面臨的困難，但是分子本身拉曼信號強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計獲得本身具有高強度拉曼信號的新型分子仍然是具有重大意義和挑戰性的研究工作。
針對上述問題，研究人員合作進行了開發新型高強度拉曼探針分子的研究工作。在這項研究中，研究人員利用主客體共晶模板法，實現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顯著提升其碳碳三鍵的拉曼信號強度，同時克服了該類材料水溶性差的缺點，使其能夠應用于生物成像。
圖為基于水溶性可修飾共軛聚丁二炔的超高強度拉曼探針及細胞器靶向的活細胞成像
研究結果表明，在水溶液中，新型水溶性共軛聚丁二炔相比于現有的拉曼探針，其碳碳三鍵的信號強度大幅提升了4個數量級。基于此高強度的拉曼信號，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，研究人員進一步對其進行了靶向分子修飾，使其能夠在活細胞內富集于特定的細胞器。基于此類材料，研究人員進行了細胞器靶向的活細胞拉曼成像，結果表明，新型探針能夠有效富集于特定的細胞器結構并獲得高質量的成像結果。值得注意的是，由于新型拉曼探針的超高強度拉曼信號，研究人員在進行拉曼成像時，可將激發光源的功率降低10-30倍，成像速度提高50-100倍，成像質量仍顯著優于傳統拉曼探針。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。
華中科技大學生命學院博士后田斯丹，武漢光電國家研究中心博士生李昊政和紐約州立大學石溪分校Li Zhong博士為論文共同第一作者，生命學院羅亮教授、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石溪分校Joseph W. Lauher教授為論文共同通訊作者。華中科技大學生命學院為論文第一通訊單位。該工作得到了科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金委和中國博士后科學基金的資助。生命學院楊祥良教授和引力中心王順教授參與了本項目的研究。
- 唐本忠院士團隊和華中科大羅亮教授團隊合作JACS：開發出可在陽光和空氣中完全降解的高分子材料 2021-07-01
- 復旦大學朱亮亮研究員課題組利用生物大分子的模板選擇性策略實現拓撲寡聚反應分子量的控制 2018-10-09
- 復旦朱亮亮課題組實現寡聚芳丁二炔的可控光制備和長壽命發光應用 2016-01-12
- 華中大羅亮教授團隊 Nano Lett.：同位素摻雜聚二炔構建光譜連續可調的超強多色拉曼探針系列用于三維信息存儲加密 2022-05-26
- 華南理工大學唐本忠院士團隊秦安軍教授等在選擇性活細胞成像上取得新進展 2019-12-20
