【Angew.Chem.】36种TADF纳米探针实现五重荧光寿命成像突破

文章标题：Biocompatible TADF Probes for Highly Multiplexed Fluorescence Lifetime Imaging
通讯作者：Prof. Dr. Marc Vendrell
文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202521482

文章概要

引言

荧光寿命成像显微术（FLIM）是一种时间分辨的光学成像技术，能够通过测量荧光分子的激发态寿命来反映细胞微环境的变化。与传统的荧光强度不同，寿命是荧光分子的固有属性，不受浓度和激发功率影响，因此具有高度的稳定性和可重复性。FLIM在多重成像方面具有独特优势，可以区分光谱重叠的荧光分子。然而，传统荧光分子寿命范围狭窄（通常小于5纳秒），限制了其在多重成像中的应用。近年来，热激活延迟荧光（TADF）材料因其较长寿命和高量子效率在光电领域受到关注，但在生物成像中的应用仍然有限。本研究旨在开发一系列生物相容的TADF纳米探针，突破传统FLIM的限制，实现更高维度的多重成像。

主要实验及结论

研究团队设计并合成了36种TADF纳米探针，涵盖六类不同的发射体，发射波长覆盖蓝光至红光区。通过与多种聚合物表面活性剂结合，解决了TADF分子在水环境中的疏水性问题，使其具备良好的分散性和生物相容性。光物理测试显示，这些探针的平均寿命范围广泛，从2纳秒到19纳秒，远超传统荧光分子。

在细菌成像实验中，探针成功标记了金黄色葡萄球菌和屎肠球菌等耐药菌株，而对大肠杆菌的标记效果有限。不同表面活性剂的选择显著影响了探针的成像效果，其中PSMA和Kolliphor P188表现最佳。进一步的FLIM实验表明，探针的寿命主要由分子结构决定，部分探针在不同配方下寿命差异明显。通过寿命分辨策略，研究者实现了在单一光谱窗口中区分五种不同的探针，这是首次在FLIM中实现五重探针的多重成像。该成果不仅展示了TADF探针在细菌成像中的潜力，也为复杂生物体系的多维成像提供了新工具。

总结及展望

本研究首次系统性地展示了TADF纳米探针在生物成像中的应用潜力，成功突破了传统FLIM最多只能同时区分三种探针的限制，实现了五重探针的寿命分辨成像。研究表明，TADF探针的寿命多样性和光稳定性使其成为多重成像的理想工具。未来，随着探针设计和表面修饰策略的进一步优化，TADF纳米探针有望在更复杂的生物体系中应用，包括哺乳动物细胞和临床诊断。该研究为时间分辨成像技术的发展开辟了新方向，也为病原菌检测和多重生物标记提供了强有力的化学工具。