【Angew. Chem.】突破250倍亮度提升！金纳米簇实现亚零厚度电化学发光成像新纪元

文章标题：Ultrabright Gold Nanoclusters with Intra‐Cluster Hydrogen Bonding Enable Near‐Zero‐Thickness Electrochemiluminescence Imaging of Subcellular Structures
通讯作者：Prof. Dr. Jun-Jie Zhu，Prof. Dr. Zixuan Chen
文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202510193

文章概要

电化学发光（Electrochemiluminescence, ECL）显微成像技术因其近零背景和高空间分辨率，近年来在单分子、细胞及组织成像领域展现出巨大潜力。然而，传统ECL发光层厚度通常在数百纳米至微米级，严重限制了成像分辨率，尤其在观察细胞亚结构时尤为明显。为突破这一瓶颈，本文提出了一种创新策略：通过构建超亮金纳米簇（AuNCs）并实现簇内氢键增强，成功实现了亚零厚度ECL发光层，从而大幅提升成像分辨率。

研究团队合成了一种新型双配体保护的金纳米簇——CR₄/ATT-AuNCs，其中CR₄为含四个精氨酸残基的肽链，ATT为6-氮杂-2-硫代胸苷。两者在簇内形成稳定氢键，显著增强了配体刚性与π–π堆积，有效提升了光致发光量子效率（PLQY）约60倍，并提高了电子转移效率（ETE）约4.8倍。这种协同增强不仅激活了此前未报道的AuNCs还原-氧化型ECL反应路径，还使ECL强度提升超过250倍，ECL量子效率（ECLQE）高达13%，为传统[Ru(bpy)₃]²⁺体系的4.2倍。

在实验中，研究人员通过电极固定CR₄/ATT-AuNCs，构建了近零厚度的ECL发光层。由于该体系仅依赖共反应物TPrA的扩散，而无需纳米簇扩散，成功实现了发光层的空间限域。固定后的纳米簇在电极表面形成均匀单层结构，发光强度强烈且稳定，肉眼可见，并在连续扫描下保持1.5%的相对标准偏差，展现出优异的稳定性与重复性。

为验证其成像性能，研究团队设计了光刻胶微结构阵列，并与传统[Ru(bpy)₃]²⁺体系进行对比。结果显示，CR₄/ATT-AuNCs体系在ECL显微图像中呈现出清晰锐利的边界，过渡区域宽度仅为传统体系的十分之一，显著提升了空间分辨率。进一步在HeLa细胞成像中，该体系成功分辨出细胞边缘的微突起结构，最小可见尺寸达170 nm，包括伪足与黏附点等亚细胞特征，远超传统体系的分辨能力。

此外，该体系具备良好的生物相容性，固定过程不会对细胞造成损伤，且具备连续成像能力，为未来发展ECL超分辨技术（如ECL-STORM、单粒子追踪电激活定位显微术等）奠定了坚实基础。

综上所述，本文提出了一种通过簇内氢键增强的策略，在分子层面同时提升PLQY与ETE，实现了超亮、稳定、近零厚度的ECL发光层，并在细胞成像中展现出前所未有的高分辨率。这一突破不仅推动了ECL显微技术的发展，也为生物成像、纳米探针设计及超分辨成像提供了新思路与新工具。