活細胞熒光成像是生命科學(xué)中不可或缺的研究工具。在熒光成像實驗中，研究人員通常需將一個熒光團連接于細胞中的目標(biāo)生物分子上。常用的熒光團包括熒光蛋白、量子點和小分子熒光染料等。其中，尺寸最小的小分子染料約為幾個納米，而多數(shù)生物分子本身的尺寸即在納米級別。因此,如何進一步減小熒光團的尺寸,從而降低熒光標(biāo)記對目標(biāo)分子生物學(xué)功能的干擾是活細胞成像技術(shù)發(fā)展的一大挑戰(zhàn)。

最近，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院陳興課題組與生物動態(tài)光學(xué)成像中心黃巖誼課題組合作，開發(fā)了一種全新的活細胞成像技術(shù)，突破了成像標(biāo)記基團的尺寸極限。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，他們轉(zhuǎn)向探索另外一種成像模式，即受激拉曼散射顯微成像（Stimulated Raman Scattering Microscopy， SRS）。拉曼散射技術(shù)檢測入射光與分子運動相互作用而引起的頻率變化，而一個化學(xué)鍵的振動即可產(chǎn)生特定的拉曼散射信號?；谶@一特點，拉曼標(biāo)記基團理論上可以小到一個化學(xué)鍵。

為了實現(xiàn)上述設(shè)想，兩個課題組合作，發(fā)展了一種命名為“生物正交受激拉曼散射成像”的技術(shù)。自發(fā)拉曼散射由于散射截面小、靈敏度低，在生物成像的應(yīng)用上受到很大的限制。近年來出現(xiàn)的受激拉曼散射成像技術(shù)極大地提高了成像的靈敏度和速度。在這項工作中，他們正是采用了這一前沿拉曼成像技術(shù)。同時，他們采用炔基作為拉曼報告基團。炔基的碳碳三鍵長0.12納米，并具有較大的拉曼散射截面。更為重要的是，炔基的拉曼信號落在了細胞的“拉曼靜默區(qū)”（細胞中天然生物分子在1800 cm-1至2800 cm-1區(qū)間沒有拉曼信號）。因此，炔基報告基團幾乎沒有背景干擾，即在拉曼光譜上“生物正交”。結(jié)合炔基代謝標(biāo)記生物分子技術(shù)和受激拉曼顯微成像技術(shù)，他們成功實現(xiàn)分子特異地標(biāo)記成像活細胞的脂類、核酸、蛋白質(zhì)和糖類。這一研究成果于近期發(fā)表于Angew. Chem. Int. Ed.（DOI: 10.1002/anie.201400328）。這項工作為活細胞成像提供了一種全新的技術(shù)，有望開啟一系列熒光成像難以實現(xiàn)的研究。