近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員徐兆超團(tuán)隊(duì)與新加坡科技設(shè)計(jì)大學(xué)教授劉曉剛團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)現(xiàn)羅丹明染料開關(guān)環(huán)物種穩(wěn)態(tài)下的吉布斯自由能的差值（ GC-O）同開環(huán)比例具有優(yōu)異的線性關(guān)系（R2=0.965）。此線性關(guān)系可以定量地指導(dǎo)設(shè)計(jì)特定開環(huán)比例的羅丹明染料。
單分子定位超分辨熒光成像技術(shù)突破了光學(xué)衍射的極限，將空間分辨率提高到1-20nm，這一技術(shù)加速了生命與材料科學(xué)的發(fā)展。單分子定位超分辨依據(jù)衍射受限空間內(nèi)相鄰熒光分子在不同時(shí)間的開關(guān)和定位實(shí)現(xiàn)空間分辨，目前主要選擇光控開關(guān)技術(shù)，但其仍面臨較難實(shí)現(xiàn)可逆控制光開關(guān)的問題。
羅丹明螺內(nèi)環(huán)類染料是一類熱力學(xué)平衡控制的自發(fā)閃爍分子開關(guān)，不需要額外的激活因素就能夠?qū)崿F(xiàn)多次的往復(fù)開關(guān)。定量控制羅丹明染料在生理?xiàng)l件下（pH=7.4）的開環(huán)物種比例（KL-Z=10-3–10-2或pKcycl≤6.0），即可實(shí)現(xiàn)單分子定位和動(dòng)態(tài)超分辨成像。但由于自閃染料的開關(guān)環(huán)比例要求苛刻，而且分子結(jié)構(gòu)對(duì)該比例影響較大，大量的分子合成與篩選是當(dāng)下獲得理想超分辨自閃染料的唯一途徑，這致使此類染料的開發(fā)極其緩慢。為加速該領(lǐng)域的發(fā)展，科研人員迫切需要一種精準(zhǔn)和定量設(shè)計(jì)自閃羅丹明染料的方法。
（a）基于 GC-O的自閃染料設(shè)計(jì)方法開發(fā)流程圖；（b) GC-O與pKcycl的線性關(guān)系和該關(guān)系指導(dǎo)開發(fā)的自閃染料HM-DS531, HM-DS655；自閃染料在超分辨（c）線粒體和（d）細(xì)胞核成像上的生物應(yīng)用。
該團(tuán)隊(duì)利用 GC-O作為描述符定量，高效的開發(fā)出了多顏色自閃熒光染料，并將其用于單分子定位超分辨成像，實(shí)現(xiàn)了線粒體、微絲、細(xì)胞核的超分辨成像，實(shí)時(shí)觀察到了線粒體的融合和分裂過程。這些染料滿足了超分辨動(dòng)態(tài)多色成像的需求。 GC-O有望促進(jìn)自閃熒光染料的高效開發(fā)，加速超分辨成像技術(shù)在生物成像和其他領(lǐng)域的應(yīng)用。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。以上研究工作得到國家自然科學(xué)基金、大連化物所創(chuàng)新基金等資助。
