本网讯 细胞成像通常用于鉴定生物靶标及其在细胞、组织与活体中的生物化学过程。传统的荧光探针仅能提供二维信息（波长与强度），容易受到内源性背景荧光干扰，导致不准确的结果甚至错误信号。室温磷光（RTP）成像能够获得三维信号（波长、强度与寿命），提供靶标的时空定位信息，并且能够区分不同寿命的相似信息。因而，RTP吸引了大量的科研兴趣并取得了长足的进步。但是，RTP的氧敏特性导致了RTP极差的生物共容性。
近日，材化学院邹文生教授与王亚琴教授课题组以均苯三甲酸为碳源（图1），因为脱羧酸度差异，一锅制备了三个碳点（一荧光（Ｆ-C-dots）、两磷光（Pw-C-dots与Py-C-dots）），产率高达９２％。
图1. 以均苯三甲酸为碳源，一锅法制备三C-dots的示意图。
团队首先讨论了两个RTP C-dots的磷光起源。C-dots仅含Ｃ与Ｏ两个元素，没有掺杂重卤素元素，因而重原子效应不是磷光根源。n-π*跃迁是当前最流行的RTP C-dots设计元素，能够加速旋—轨耦合作用，基质的使用能够有效固定三重态激子，触发长寿命的n-π*跃迁发射，但是，实验中并没有使用任何基质以抑制非辐射驰豫。计算了两个磷光碳点的单—三重态能量差（ΔEST），分别为~0.34 与~0.39 eV，这么小的ΔEST有利于布居三重态激子，随后触发长寿命RTP。
团队以市售的相同发射颜色的短寿命荧光粉与合成的长寿命RTP C-dots一起，应用于信息加密及其时间分辨成像（图2-左）。当灯源打开时，呈现“８８８８”与“蝴蝶花”状图案。当灯源关闭后，呈现“２０２２”与“蝴蝶”图案。前后不一致的结果论证了RTP C-dots可用于信息加密。当把水滴加到“苹果”与“梅花”图案上时（图2-右），短寿命的荧光粉发射消失，留下了“不带蒂的苹果”与对程的“三叶”图案，论证了RTP C-dots优异的抗氧与时间分辨信息加密能力。
图2. Pw-C-dots的干（左）与湿（右）粉末的信息加密及其时间分辨成像。
团队探讨了PVP－包裹的Py-C-dots应用于抗氧与时间分辨细胞成像的可能性。当荧光Py-C-dots内化于细胞中后，灯源关闭的一刹那，细胞中见不到一丝亮光（图３Ａ）。而当PVP－包裹的Py-C-dots着色时，灯源关闭后，细胞中的RTP还能持续数百毫秒（图３Ｂ），特别值得一提的是，PVP－包裹的Py-C-dots能够定位于细胞中溶酶体，为细胞中溶酶体定位提供了一个廉价的RTP探针。
PVP－包裹的 Pw/Py-C-dots作造影试剂有如下优势：C-dots具有底成本、好的生物共容性、优异光稳定性与抗漂白功能与长的寿命；C-dots免除了传统的除氧操作、低温、结晶化与严苛的反应条件；无基质触发；最后，C-dots有效消除了自荧光干扰，为抗氧与时间分辨纯有机RTP细胞成像打开了希望之门。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”为题，近日发表在《Analytical Chemistry》 (中科院1区，影响因子：8.008)上，邹文生教授与王亚琴教授为通讯作者,中科大俞汉青教授为共同通讯作者，材化学院硕士生徐宇参与了本工作，本文以港澳宝奥苹果手机为第一单位。该研究得到了安徽省自然基金（1908085MB40，2022AH050239），国家自然科学基金（52003003, 51978003, 52027815）的资助。
论文信息：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.
图３、蓝色荧光C-dots（Ａ）与PVP－包裹的Py-C-dots（Ｂ）着色的HeLa细胞抗氧与时间分辨成像。（文/图：肖必华、邹文生；审稿：丁益）
