近日，我院宋相志教授团队在超分辨成像荧光染料的最新研究成果发表在化学类国际顶级期刊J. Am. Chem. Soc.（2024, DOI: 10.1021/jacs.3c11823），论文题目为“Auxochrome Dimethyl-Dihydroacridine Improves Fluorophores for Prolonged Live-Cell Super-Resolution Imaging”。中南大学为第一通讯单位，宋相志教授、新加坡科技设计大学刘晓刚教授、安徽大学张瑞龙教授为通讯作者，2021届博士毕业生任晓杰为唯一第一作者。

超分辨成像技术打破了光学显微镜的衍射极限，提供了卓越的时空分辨率。在各种超分辨率成像技术中，受激发射损耗纳米显微镜（STED）作为研究活细胞动态的重要工具之一，损耗激光的功率高达数GW/cm²。因此，在活细胞中进行长时间STED成像需要荧光物质同时具备优异的光稳定性，极小的光毒性，长波长（>650 nm），高亮度大Stokes位移等特性。然而，现有荧光染料很少能同时具备这些性质。

图1. STED成像原理及DMA染料设计策略。

在这项研究中，通过引入9,9-二甲基-9,10-二氢吖啶（DMA）作为电子供体，很好弥补了传统染料在现在成像需求中的多方面遗憾。DMA供体通过扩大染料的π共轭体系来实现波长红移；其相对刚性的结构有利于染料保持高量子产率；而特定的蝶形震动增加了分子的几何弛豫进而增大了Stokes位移；更重要的是，DMA供体有效抑制了染料分子形成三重态，并具有强大的抗氧化能力，因而DMA优化的染料能对抗光降解，并降低对活细胞的光毒性。

采用DMA作为助色团是一种通用的分子设计策略，适用于各类荧光染料家族，包括罗丹明、二氟硼络合物和香豆素衍生物等。作者通过DMA优化的罗丹明和香豆素染料对线粒体和脂滴进行双色标记，并在超分辨镜头下研究了它们长时间动态相互作用；通过对HaloTag标记的膜蛋白的STED成像，进一步证实了DMA染料优越的光稳定性以及在蛋白质长时间可视化成像中的重要应用。这些优越的光物理和化学特性，特别是出色的光稳定性，对于活细胞中的超分辨率成像应用具有很大的潜力。

图2. DMA染料对HaloTag蛋白的实时STED成像。

该项工作获得了国家自然科学基金项目（22178395）的支持。宋相志教授团队一直致力于功能型荧光染料和有机光敏剂的开发及应用，已相继取得了系列创新成果，近年在J. Am. Chem. Soc, Anal. Chem., Chem. Commun.等国际知名期刊发表多篇有影响力的研究论文。

（一审：李虎 二审：刘世宏 三审：纪效波）