華大在線訊（通訊員 朱瀟瀟）拉曼散射光譜提供了化學(xué)鍵的振動(dòng)能級(jí)躍遷信息,，被廣泛用于生物傳感和細(xì)胞成像,。其化學(xué)信息豐富,、信號(hào)穩(wěn)定,，非常適合活細(xì)胞的多色動(dòng)態(tài)成像,。但是，它的靈敏度較低,，很難實(shí)現(xiàn)低功率激發(fā)的活細(xì)胞高分辨快速動(dòng)態(tài)成像,。近日，我?；瘜W(xué)學(xué)院高婷娟教授與中國(guó)科技大學(xué)Zachary Smith教授在國(guó)際頂級(jí)期刊JACS上發(fā)表文章（High-resolution low-power hyperspectral line-scan imaging of fast cellular dynamics using azo-enhanced Raman scattering probes https://doi.org/10.1021/jacs.2c06275）,，闡述了基于偶氮增強(qiáng)的活細(xì)胞高分辨快速動(dòng)態(tài)拉曼成像（DAERI：dynamic azo-enhanced Raman imaging）的研究成果,。DAERI突破了細(xì)胞經(jīng)典拉曼探針位于靜默區(qū)的限制,，采用低功率激光（75 μW/μm²）和線掃描方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)活細(xì)胞多個(gè)細(xì)胞器的高分辨（270 nm分辨率）快速動(dòng)態(tài)（3.5s/frame）全譜（500 - 3200 cm^-1）自發(fā)拉曼成像,。中國(guó)科技大學(xué)特任副研究員于亞軍博士和我校唐浴塵博士為共同第一作者,，高婷娟教授與中國(guó)科技大學(xué)Zachary J. Smith教授為共同通訊作者。

圖1. DAERI的原理示意,。（a）偶氮增強(qiáng)拉曼探針的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),。（b）線掃描自發(fā)拉曼顯微成像裝置。（c）傳統(tǒng)拉曼探針EdU與AERS探針Triazo細(xì)胞成像的靈敏度比較,。

此項(xiàng)研究基于設(shè)計(jì)搭建的線掃描自發(fā)拉曼成像系統(tǒng)與偶氮增強(qiáng)拉曼探針的結(jié)合,。高婷娟教授研究小組于2021年報(bào)道了一種分子內(nèi)拉曼增強(qiáng)的新方法偶氮增強(qiáng)拉曼散射（AERS：azo-enhanced Raman scattering,ACS Cent. Sci., 2021, 7, 768?780）。AERS通過(guò)共軛連接偶氮苯與振動(dòng)基團(tuán),，增加電子能級(jí)與振動(dòng)能級(jí)的耦合程度,，紅移分子吸收峰至可見(jiàn)區(qū)，在實(shí)現(xiàn)共振拉曼效應(yīng)的同時(shí)抑制了熒光背景,，大幅提高了拉曼散射強(qiáng)度,。相較于傳統(tǒng)的拉曼探針，AERS探針的信號(hào)強(qiáng)度提高了10²-10⁴倍,。由于AERS探針的高靈敏度,，其信號(hào)遠(yuǎn)高于細(xì)胞自身信號(hào)，使得DAERI不局限于拉曼靜默區(qū),。DAERI通過(guò)結(jié)合AERS探針與線掃描自發(fā)拉曼成像系統(tǒng),，在較低的功率下即可實(shí)現(xiàn)活細(xì)胞的高分辨快速動(dòng)態(tài)成像，并且獲得拉曼全譜信息,。

圖2.活細(xì)胞線粒體與溶酶體的DAERI成像

圖3.活細(xì)胞溶酶體的生物物理動(dòng)態(tài)性質(zhì)

DAERI成功獲取了活細(xì)胞中線粒體和溶酶體的快速動(dòng)態(tài)影像,。通過(guò)溶酶體的動(dòng)態(tài)影像數(shù)據(jù)，作者分析了單個(gè)溶酶體運(yùn)動(dòng)的軌跡以及生物物理動(dòng)態(tài)屬性,。通過(guò)加入解偶聯(lián)劑FCCP,，作者研究了線粒體解耦的動(dòng)態(tài)過(guò)程。通過(guò)使用多種拉曼探針對(duì)細(xì)胞進(jìn)行同時(shí)標(biāo)記,，作者實(shí)現(xiàn)了線粒體,、溶酶體和脂質(zhì)滴的三色DAERI成像。DAERI對(duì)于多種活細(xì)胞過(guò)程的多色動(dòng)態(tài)成像，可為細(xì)胞生物學(xué),、生物物理化學(xué)以及生物醫(yī)藥領(lǐng)域提供新穎,、有力的研究手段。

課題組鏈接：

高婷娟：http://chem.ccnu.edu.cn/info/1060/1191.htm

ZacharySmith：http://staff.ustc.edu.cn/~zsmith/

（審讀人：郭彥炳）