Angew. Chem.：有机硅杂化荧光纳米点——一种新型的受激辐射超分辨显微成像标记物

受激辐射超分辨成像（Stimulated-emission depletion microscopy, STED microscopy）技术自从上世纪90年代发明以来，已经在众多领域，比如微纳加工，高密度信息存储，尤其细胞成像等方面取得了显著的应用成就，并荣获了2014年度的诺贝尔化学奖。在成像过程中，一束额外的环形抑制光需要与高斯激发光进行重叠从而以受激辐射的方式抑制位于环中标记物的荧光发射，从而将有效发光区域最大限度压制在中心区域来取得分辨率的提升。另外，在实际应用中，荧光标记物的众多理化性质（比如光稳定性、荧光抑制难易程度、尺寸、生物相容性、水溶性等）大大决定了其最终超分辨成像应用效果。近年来，除传统荧光分子之外，科学家开发了众多类型的纳米荧光标记物，比如半导体量子点、碳量子点、AIE纳米颗粒、半导体纳米颗粒、上转换纳米颗粒等。尽管这些荧光标记物可以在某些方面表现出优异的性能，但是都各自具有一些先天性的缺陷，比如重金属毒性、物理尺寸过大或者荧光抑制效果较差等。

最近，新加坡国立大学（NUS）刘小钢教授与深圳大学屈君乐教授合作发展了一种基于有机硅杂化荧光纳米点的STED荧光标记物。该新型STED荧光纳米点具有超小的物理尺寸（< 2 nm）和约100%的荧光量子产率，并且表现出极其优异的超分辨性能。

通过硅烷分子的水解缩聚反应，超小尺寸的无定型二氧化硅纳米颗粒可以通过水热法制备，并且其表面的氨基可以与具有羧基的有机发光分子进行共价连接，最终得到连接多个发光体的有机硅杂化荧光纳米点。除了该反应可以通过除去重原子来有效抑制单线态到三线态转换带来的荧光淬灭，由于在单颗粒水平上包含了多个发光中心，并且发光中心在空间上受到了有效束缚，最终使所得的杂化荧光纳米点在水溶液中表现出接近100%的荧光量子产率和单颗粒水平上超高的发光强度。

在STED超分辨成像的应用演示中，所得的杂化荧光纳米点表现出了>96%的荧光抑制效率和 < 0.2 MW cm^-2的超低饱和功率。在单颗粒水平上，当抑制功率为38 mW时，水平分辨率可以得到大于一个数量级的提升（19.2 nm）。在HeLa细胞成像中，当抑制功率为18 mW时，分辨率大约为44 nm。另外，这些杂化纳米点也表现出了较高的光稳定性，在连续扫描100帧后，依旧保持大约50%的发光强度，具有长时间连续超分辨观测应用的潜力。然而，尽管该新型STED标记物表现出非常优异的超分辨成像能力，目前其靶向标记能力有所欠缺，发光光谱也限制在可见光区域，作者认为这两点可以作为后续努力提升的方向。

相关结果发表Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是新加坡国立大学的博士后梁亮、覃弦和深圳大学严伟教授。

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Architecting Sub-2 nm Organosilica Nanohybrids for Far-field Super-resolution Imaging

Liangliang Liang, Wei Yan, Xian Qin, Xiao Peng, Han Feng, Yu Wang, Ziyu Zhu, Lingmei Liu, Yu Han, Qinghua Xu, Junle Qu, Xiaogang Liu

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201912404

导师介绍

刘小钢

https://www.x-mol.com/university/faculty/4382

（本稿件来自Wiley）