在生命體系中，對生物分子進行原位且納米尺度的動態監測，有助于揭示生命過程的復雜動態。然而，傳統的熒光分子探針往往因亮度不足和光穩定性差，難以滿足高時空分辨率下，追蹤單個生物分子的需求。明亮且穩定的熒光納米顆粒，又因其相對較大的尺寸，及復雜不可控的表面修飾，難以實現較高密度的特異性標記，且易對所標記的生物分子的生理行為造成干擾。因此，研制既明亮又光穩定，同時尺寸足夠小，以避免干擾生物分子生理行為的熒光探針，是該領域亟待解決的關鍵問題。
近日，中國科學院理化技術研究所研究員王健君團隊聯合杭州醫學研究所研究員方曉紅團隊，在揭示冰晶成核與生長機制的基礎上，發明冷凍組裝策略，將單條有機熒光聚合物鏈，制備成尺寸＜5nm的單鏈超小熒光聚合物納米點（suPdots）。這些suPdots組成明確、表面易修飾、熒光發射可調、高亮度和優異光穩定性，為先進熒光顯微成像提供了探針工具。
在性能設計與功能優化上，suPdots展現出優勢：其一，探針選材兼顧實用性與多樣性，選用可商業化獲取的共軛聚合物鏈，且熒光光譜覆蓋全光譜范圍，滿足不同場景的成像需求；其二，光物理特性優異，單顆粒亮度約為綠色熒光蛋白的15倍，且不同結構的熒光聚合物鏈，可呈現差異化單顆粒光學行為，能根據具體成像應用需求，靈活選取與調控；其三，表面修飾精準可控，通過對單鏈聚合物進行特定官能團修飾，可實現suPdots的定量靶向修飾，將其與抗體偶聯后，能夠對多種亞細胞結構進行高特異性、高密度標記。
在實際應用中，借助受激輻射損耗超分辨熒光顯微成像技術，該探針揭示了網格蛋白包被內凹小體的中空環狀結構。依托suPdots的高亮度與超小尺寸優勢，研究團隊使用常規轉盤共聚焦熒光顯微鏡，以50赫茲的時間分辨率和約8納米的定位精度，解析了單個驅動蛋白在活細胞內的運動步長。
該研究克服了對復雜且昂貴的MINFLUX超分辨成像儀器的依賴，彰顯了suPdots在推動納米尺度單分子水平生物分子研究中的潛力。
相關科研成果發表在《自然-光子學》（Nature Photonics）上。
論文鏈接
玻璃化冷凍制備suPdots
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