近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員徐兆超團隊與新加坡科技設計大學教授劉曉剛團隊合作，發(fā)現(xiàn)羅丹明染料開關環(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)異的線性關系（R2=0.965）。此線性關系可以定量地指導設計特定開環(huán)比例的羅丹明染料。
單分子定位超分辨熒光成像技術突破了光學衍射的極限，將空間分辨率提高到1-20nm，這一技術加速了生命與材料科學的發(fā)展。單分子定位超分辨依據(jù)衍射受限空間內相鄰熒光分子在不同時間的開關和定位實現(xiàn)空間分辨，目前主要選擇光控開關技術，但其仍面臨較難實現(xiàn)可逆控制光開關的問題。
羅丹明螺內環(huán)類染料是一類熱力學平衡控制的自發(fā)閃爍分子開關，不需要額外的激活因素就能夠實現(xiàn)多次的往復開關。定量控制羅丹明染料在生理條件下（pH=7.4）的開環(huán)物種比例（KL-Z=10-3–10-2或pKcycl≤6.0），即可實現(xiàn)單分子定位和動態(tài)超分辨成像。但由于自閃染料的開關環(huán)比例要求苛刻，而且分子結構對該比例影響較大，大量的分子合成與篩選是當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。為加速該領域的發(fā)展，科研人員迫切需要一種精準和定量設計自閃羅丹明染料的方法。
（a）基于 GC-O的自閃染料設計方法開發(fā)流程圖；（b) GC-O與pKcycl的線性關系和該關系指導開發(fā)的自閃染料HM-DS531, HM-DS655；自閃染料在超分辨（c）線粒體和（d）細胞核成像上的生物應用。
該團隊利用 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，實現(xiàn)了線粒體、微絲、細胞核的超分辨成像，實時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態(tài)多色成像的需求。 GC-O有望促進自閃熒光染料的高效開發(fā)，加速超分辨成像技術在生物成像和其他領域的應用。
相關研究成果發(fā)表在《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。以上研究工作得到國家自然科學基金、大連化物所創(chuàng)新基金等資助。
