第一作者：Hongwei Yang
通讯作者：袁景和、方晓红
通讯单位：中国科学院
研究内容：
荧光纳米粒子以其明亮性和光稳定性等优点，在超分辨率成像领域，特别是受激发射损耗(STED)纳米显微镜领域受到广泛关注。荧光纳米粒子以其明亮性和光稳定性等优点，在超分辨率成像领域，特别是受激发射损耗(STED)纳米显微镜领域受到广泛关注。在激发束成像中，激发束和STED光束同时照射在荧光团上，激发束的功率往往是STED光束的数百倍。因此，能够承受强STED束的荧光纳米颗粒有望成为适合于STED成像的探针，特别是长期跟踪。受激发射耗尽(STED)纳米镜是一种新兴的超分辨率成像平台，用于研究细胞结构。目前仍需要开发体积小、光稳定性好、易功能化的荧光探针。在此，我们介绍了一种新型的表面工程金纳米团簇(Au NCs)，其超小(1.7 nm)和超亮(QY = 60%)用于STED生物成像。由l-精氨酸(L-Arg)和6-aza-2-thiothymine (ATT)在Au NCs表面形成的刚性壳层不仅使其在水溶液中具有较强的荧光，而且易于进行化学修饰以进行特定的生物分子标记。Au NCs作为STED纳米探针具有优异的耗尽效率、良好的光漂白性能和较低的饱和强度。 超分辨率成像已经通过这些Au NCs实现，并且靶向纳米级细胞微管蛋白成像已经被证实。本工作首次报道了Au NCs作为一种新型探针在STED和CLEM成像中的应用。Au NCs具有优异的性能，在纳米级生物成像方面具有广阔的应用前景。
示意图1：本文中的实验示意图
要点一：
在本研究中，首次实现了超小、超亮Au NCs的STED成像。 精氨酸包覆的1.7 nm Au NCs具有超高的横向分辨率、较低的饱和强度和良好的抗光漂白性能。 Au NCs表面丰富的−NH2和−COOH基团可作为靶向成像生物分子的结合功能位点，细胞微管蛋白、膜蛋白和溶酶体的成像证实了这一点。
要点二：ong>
活细胞中溶酶体的环状结构已被揭示。作为一个Au NC也是一种理想的电子显微镜探针，在相关的光电子显微镜(CLEM)上实现了Au NC单标记探针对Aβ42聚集体的双重成像。本研究不仅提供了一种新型的超小、超亮、易表面工程的STED和CLEM纳米探针，还探索了Au NCs在超分辨率生物成像领域的应用。
图1：(a)表面带有氢键网络的超小Au NCs的结构。(b) Au NCs的高分辨率TEM图像。(c) Au NCs的荧光量子产率。插图:金NC溶液在365 nm紫外光照射下的照片。(d)共聚焦显微镜下Hela细胞溶酶体中Au NCs和biotin-ATTO 565的成像。
图2: (a, b) 470 nm激发下Au NCs共聚焦显微镜成像。(c, d)在470 nm激发和592 nm耗尽(33 mW)的STED纳米镜下Au NCs的成像。(e) (b)和(d)中白圆内Au NCs的归一化强度分布。(f) Au NCs在不同STED功率下获得的STED图像的横向分辨率变化。(g)连续扫描下Au NCs在STED成像中的归一化荧光强度。
图3：(a) Au NCs-streptavidin标记微管蛋白的共聚焦和(b) STED成像。(c) (a)和(b)图中白色虚线的强度分布。激发采用470 nm激光，耗尽采用592 nm激光。(d)活HeLa细胞与Au NCs孵育12小时后的亮视野和共聚焦显微镜成像。(e)活HeLa细胞中溶酶体的STED成像。(f)、(d)和(e)中沿着虚线圈的荧光强度分布。(g) pH = 7.4和5.0时Au NCs的荧光光谱。插图:Au NCs荧光响应随pH变化示意图。(h)溶酶体内外Au NCs荧光变化示意图。(i) Au NCs标记的溶酶体的TEM成像。(j)共焦成像和STED成像下LysoTracker Red和Au NCs协同标记溶酶体的双色成像。
图4：(a) Au NCs标记的Aβ42聚集体的共聚焦成像。(b) Au NCs标记的Aβ42聚集体的共聚焦和STED成像，以及白线的荧光强度分布。(c) Au NCs标记的Aβ42聚集体在不同缩放折叠下的透射电镜成像。(d) Au NCs标记的Aβ42聚集物的CLEM成像。
参考文献
H. Yang, Y. Wu, H. Ruan, F. Guo, Y. Liang, G. Qin, X. Liu, Z. Zhang, J. Yuan, X. Fang, Surface-Engineered Gold Nanoclusters for Stimulated Emission Depletion and Correlated Light and Electron Microscopy Imaging, Anal. Chem., 94 (2022) 3056-3064.
