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近日，人妻-丰满人妻直播 刘倩/张云翔课题组在 Journal of the American Chemical Society发表了题为 “Enhanced Single-Molecule Imaging via Intersystem Crossing Suppression” 的研究成果。该研究围绕单分子成像中长期困扰科研人员的“光漂白”和“光闪烁”问题，提出了一种全新的分子设计思路---通过在花菁染料的 meso 位点引入吸电子基团，从源头上抑制系间窜越，显著降低三重态的形成，从而极大提升了荧光探针的稳定性与成像性能。

单分子成像(Single-Molecule Imaging, SMI)技术因其能够以纳米级空间分辨率和毫秒级时间分辨率直接追踪活细胞内单分子的动态行为，已成为解析生命过程的重要手段。然而，标记分子在成像中面临两大难题：光漂白(Photobleaching)和光闪烁(Photoblinking)。以 Cy5 为代表的花菁染料，在激发光照射下极易进入寿命较长的三重态，并与溶液中的氧反应生成活性氧，从而导致不可逆的光漂；处于三重态的分子还可能受到亲核试剂攻击，造成发光间歇性中断，显著降低信号质量。传统的解决方案往往依赖于氧清除体系和三重态猝灭剂。虽然这些方法在一定程度上延长了染料寿命，但额外添加组分可能带来噪声，并且存在生物毒性，限制了其在活细胞成像中的应用。

研究团队着眼于不依赖外加保护剂，直接从分子本身着手，降低三重态的生成，在Cy5的meso位点引入强吸电子基团，设计合成了一系列 meso-Cy5衍生物。理论计算结果表明，吸电子基团可以有效增大单重态-三重态能级差，减少系间窜越的概率。瞬态吸收光谱实验直接证明了这些新型单分子成像探针的三重态信号大幅减弱。通过这种“源头控制”的策略，实现染料在激发条件下形成的三重态显著减少，从而抑制了光漂白和光闪烁。其中表现最优的化合物Cy5-N，在单分子成像中相较传统 Cy5 展现出790%的光稳定性提升和2.3倍的信噪比改善。此外，该衍生物即使在存在亲核试剂β-ME的条件下仍能保持稳定连续发光，显示出对亲核攻击的强大抵抗能力。

研究团队进一步将Cy5-N应用于活细胞成像。在未添加任何外加保护剂的条件下，成功在U2OS细胞中对表皮生长因子受体（EGFR）实现了长达30秒的单分子连续追踪，而传统Cy5仅能维持约10秒。更令人振奋的是，当成像功率进一步降低时，Cy5-N的追踪时间甚至可以延长到分钟级别，从而捕捉到更完整的分子运动状态转换过程。这一突破为研究复杂的细胞信号转导与膜蛋白动态行为提供了新的技术支撑。

研究首次证明：通过分子设计抑制ISC，可以显著提升单分子成像探针的光稳定性和信噪比。meso-Cy5 衍生物不仅在光物理特性上实现了重大改进，更为长时间、高精度的活细胞单分子成像提供了坚实工具。这一“抑制系间窜越”的分子设计策略具有普适性，有望推广到其他类型的有机荧光分子，为开发新一代成像探针开辟全新路径。该成果为生命科学研究者提供了更强大的成像工具，也展示了化学设计在推动前沿生物成像技术中的关键作用。

论文通讯作者为刘倩青年研究员和张云翔青年研究员，第一作者是人妻-丰满人妻直播 21级博士研究生丁帆。该项研究得到国家自然科学基金和科技部重点专项等项目的大力支持。

图1：基于三重态抑制的单分子成像染料性能优化策略