細胞成像通常用于鑒定生物靶標及其在細胞、組織與活體中的生物化學(xué)過程。傳統(tǒng)的熒光探針僅能提供二維信息（波長與強度），容易受到內(nèi)源性背景熒光干擾，導(dǎo)致不準確的結(jié)果甚至錯誤信號。室溫磷光（RTP）成像能夠獲得三維信號（波長、強度與壽命），提供靶標的時空定位信息，并且能夠區(qū)分不同壽命的相似信息。因而，RTP吸引了大量的科研興趣并取得了長足的進步。但是，RTP的氧敏特性導(dǎo)致了RTP極差的生物共容性。

近日，安徽建筑大學(xué)材化學(xué)院鄒文生教授與王亞琴教授課題組以均苯三甲酸為碳源（圖1），因為脫羧酸度差異，一鍋制備了三個碳點[一熒光（F-C-dots）、兩磷光（Pw-C-dots與Py-C-dots）]，產(chǎn)率高達92%。

圖1. 以均苯三甲酸為碳源，一鍋法制備三C-dots的示意圖。

團隊首先討論了兩個RTP C-dots的磷光起源。C-dots僅含C與O兩個元素，沒有摻雜重鹵素元素，因而重原子效應(yīng)不是磷光根源。n-π*躍遷是當(dāng)前最流行的RTP C-dots設(shè)計元素，能夠加速旋—軌耦合作用，基質(zhì)的使用能夠有效固定三重態(tài)激子，觸發(fā)長壽命的n-π*躍遷發(fā)射，但是，實驗中并沒有使用任何基質(zhì)以抑制非輻射馳豫。計算了兩個磷光碳點的單—三重態(tài)能量差（ΔEST），分別為~0.34 與~0.39 eV，這么小的ΔEST有利于布居三重態(tài)激子，隨后觸發(fā)長壽命RTP。

團隊以市售的相同發(fā)射顏色的短壽命熒光粉與合成的長壽命RTP C-dots一起，應(yīng)用于信息加密及其時間分辨成像（圖2-左）。當(dāng)燈源打開時，呈現(xiàn)“８８８８”與“蝴蝶花”狀圖案。當(dāng)燈源關(guān)閉后，呈現(xiàn)“２０２２”與“蝴蝶”圖案。前后不一致的結(jié)果論證了RTP C-dots可用于信息加密。當(dāng)把水滴加到“蘋果”與“梅花”圖案上時（圖2-右），短壽命的熒光粉發(fā)射消失，留下了“不帶蒂的蘋果”與對程的“三葉”圖案，論證了RTP C-dots優(yōu)異的抗氧與時間分辨信息加密能力。

圖2. Pw-C-dots的干（左）與濕（右）粉末的信息加密及其時間分辨成像

團隊探討了PVP－包裹的Py-C-dots應(yīng)用于抗氧與時間分辨細胞成像的可能性。當(dāng)熒光Py-C-dots內(nèi)化于細胞中后，燈源關(guān)閉的一剎那，細胞中見不到一絲亮光（圖3-A）。而當(dāng)PVP－包裹的Py-C-dots著色時，燈源關(guān)閉后，細胞中的RTP還能持續(xù)數(shù)百毫秒（圖3_B），特別值得一提的是，PVP－包裹的Py-C-dots能夠定位于細胞中溶酶體，為細胞中溶酶體定位提供了一個廉價的RTP探針。

圖3. 藍色熒光C-dots（Ａ）與PVP－包裹的Py-C-dots（Ｂ）著色的HeLa細胞抗氧與時間分辨成像

PVP－包裹的 Pw/Py-C-dots作造影試劑有如下優(yōu)勢：C-dots具有底成本、好的生物共容性、優(yōu)異光穩(wěn)定性與抗漂白功能與長的壽命；C-dots免除了傳統(tǒng)的除氧操作、低溫、結(jié)晶化與嚴苛的反應(yīng)條件；無基質(zhì)觸發(fā)；最后，C-dots有效消除了自熒光干擾，為抗氧與時間分辨純有機RTP細胞成像打開了希望之門。研究成果以“One-Pot Three Carbon Dots with Various Lifetimes Rooted in Different Decarboxylation Degrees for Matrix-Free, Anti-Oxygen and Time-Resolved Information Encryption and Cellular Imaging”為題，近日發(fā)表在《Analytical Chemistry》 (中科院1區(qū)，影響因子：8.008)上，鄒文生教授與王亞琴教授為通訊作者,中科大俞漢青教授為共同通訊作者，材化學(xué)院碩士生徐宇參與了本工作，本文以安徽建筑大學(xué)為第一單位。該研究得到了安徽省自然基金（1908085MB40，2022AH050239），國家自然科學(xué)基金（52003003, 51978003, 52027815）的資助。（文/圖：肖必華 鄒文生；審稿：丁益）

論文信息：One-Pot Three Carbon Dots with Various Lifetimes Rooted in Different Decarboxylation Degrees for Matrix-Free, Anti-Oxygen and Time-Resolved Information Encryption and Cellular Imaging, Wen-Sheng Zou*，Yu Xu, Weili Kong, Yaqin Wang*, Jun Zhang, Weihua Li, Han-Qing Yu*, 2023, https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c04336.

新聞鏈接：https://www.ahjzu.edu.cn/2023/0109/c21a208575/page.htm

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