Advanced Materials封面：小尺寸光閃爍聚合物量子點點亮超分辨成像世界

傳統的光學成像受限於光學衍射極限的限制，最好的解析度為200納米左右。然而，亞細胞結構和生物大分子的尺寸往往小於200納米，因此很難在傳統的光學成像中得以分辨。最近二十年，超高分辨熒光顯微成像的出現，打破了光學衍射極限，使得科學家以空前的視角去探索生物世界，並獲得了2014年諾貝爾化學獎。這一技術可分為三類：基於焦點調製的方法如STED，基於單分子定位的方法，如PALM/STORM，以及基於熒光探針閃爍特性的統計型方法，如SOFI/3B等。其中，SOFI是基於對熒光探針在時序上的熒光波動（熒光輻射的間歇現象）的相關分析來突破光學衍射極限。相比於其他技術，SOFI成像主要具有以下明顯的優勢:對成像背景雜訊免疫可以進一步增強成像的對比度；較高的時間解析度和成像深度；不需要控制、同步光活化和複雜的電子系統設備。SOFI成像需要滿足3個條件, 即熒光探針的熒光輻射需要具有亮暗兩個態(或具有熒光強度可區分的多個態)、不同的熒光輻射體之間的熒光發射相互獨立和成像CCD像素尺寸小於光學衍射極限。這些超分辨方法對熒光探針有著極高的要求。

為了實現高量子產率，超高光穩定性和優異的生物兼容性的熒光探針，同時滿足超分辨成像的要求，日前，吉林大學吳長鋒課題組聯合北京大學生物動態光學成像中心孫育傑課題組在國際上首次研發成功小尺寸光閃爍半導體聚合物量子點，特異性地對生物亞細胞結構進行高密度標記，取得超解析度光學波動成像 (SOFI)結果。最新研究成果在國際權威刊物《AdvancedMaterials》（先進材料，IF：18.96）上作為封面文章在線發表。論文第一作者為北京大學博士生陳軒澤，李榮琴以及吉林大學博士生劉志賀。北京大學孫育傑教授和吉林大學吳長鋒教授為本文的共同通信作者。

文章封面

聚合物量子點(Pdots)作為新一代優秀的生物熒光探針在熒光成像示蹤分析技術中得到廣泛的應用。此前，受限於眾多因素，Pdots從未實現過超分辨成像。該工作首次在國際上合成了光閃爍的Pdots。Pdots的熒光閃爍特性主要源於聚合物分子內的能量遷移的動態過程(主要是空穴極化子對熒光的淬滅[Science 1997, 277, 1074. Acc. Chem.Res. 2005, 38, 602.]). 因此，Pdots的尺寸、形貌、激子動力學以及能量傳遞過程等因素都會影響其熒光閃爍特性。前期的單粒子熒光性質研究表明，尺寸大於15nm的Pdots表現出連續穩定的熒光動態過程；而10nm左右的小尺寸Pdots表現出具有明顯的熒光閃爍(Photoblinking)特性[Angew.Chem. Int. Ed. 2013, 52, 3086. ACS Nano 2008, 2, 2415. J. Am. Chem. Soc. 2007,129, 12904.]。該工作選用兩種具有較高熒光強度的聚合物PFBT 和CN-PPV。通過優化傳統的納米再沉澱法製備出分布較均一的兩種小尺寸Pdots，均表現出較高的熒光亮度以及熒光閃爍特性。單粒子熒光實驗統計表明，兩種小尺寸Pdots的Off-time 間隔符合Power-law分布。通過優化標記，該工作還實現了高密度的亞細胞結構標記和超分辨成像結果。

圖1 小尺寸光閃爍聚合物量子點的化學式（左列），閃爍性質（右上）及其生物標記、超分辨成像結果（右下）

小尺寸光閃爍聚合物量子點有望大大提高超分辨成像的時空解析度，減少光毒性實現長時間超分辨成像，為生命科學的研究起到重要作用。

來源：高分子科學前沿

參考文獻：Chen X, Li R, Liu Z, et al. Semiconductor Polymer Dots: Small Photoblinking Semiconductor Polymer Dots for Fluorescence Nanoscopy [J]. Advanced Materials, 2017, 29(5).DOI: 10.1002/adma.201770030

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