活細胞螢光成像是生命科學中不可或缺的研究工具。在螢光成像實驗中，研究人員通常需將一個螢光團連接於細胞中的目標生物分子上。常用的螢光團包括螢光蛋白、量子點和小分子螢光染料等。其中，尺寸最小的小分子染料約為幾個納米，而多數生物分子本身的尺寸即在納米級別。因此,如何進一步減小螢光團的尺寸,從而降低螢光標記對目標分子生物學功能的幹擾是活細胞成像技術發展的一大挑戰。
最近，北京大學化學與分子工程學院陳興課題組與生物動態光學成像中心黃巖誼課題組合作，開發了一種全新的活細胞成像技術，突破了成像標記基團的尺寸極限。為了實現這一目標，他們轉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，而一個化學鍵的振動即可產生特定的拉曼散射信號。基於這一特點，拉曼標記基團理論上可以小到一個化學鍵。
細胞為了實現上述設想，兩個課題組合作，發展了一種命名為「生物正交受激拉曼散射成像」的技術。自發拉曼散射由於散射截面小、靈敏度低，在生物成像的應用上受到很大的限制。近年來出現的受激拉曼散射成像技術極大地提高了成像的靈敏度和速度。在這項工作中，他們正是採用了這一前沿拉曼成像技術。同時，他們採用炔基作為拉曼報告基團。炔基的碳碳三鍵長0.12納米，並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」（細胞中天然生物分子在1800 cm-1至2800 cm-1區間沒有拉曼信號）。因此，炔基報告基團幾乎沒有背景幹擾，即在拉曼光譜上「生物正交」。結合炔基代謝標記生物分子技術和受激拉曼顯微成像技術，他們成功實現分子特異地標記成像活細胞的脂類、核酸、蛋白質和糖類。這一研究成果於近期發表於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，有望開啟一系列螢光成像難以實現的研究。
北京大學博士研究生洪森煉和陳濤為該論文的共同第一作者。該工作得到了國家自然科學基金委員會和科技部的資助。
編輯：安寧