[发明专利]荧光探针及其制备方法和超分辨成像方法

说明书

本发明涉及一种荧光探针及其制备方法和超分辨成像方法。上述荧光探针的材料包括半导体聚合物量子点和荧光染料，半导体聚合物量子点为荧光共振能量转移的供体，荧光染料为荧光共振能量转移的受体，荧光探针能够发生荧光闪烁。上述荧光探针基于荧光共振能量转移机制的调节，供体半导体聚合物量子点能够将能量传递给受体荧光染料，而使荧光染料的荧光强度增强，半导体聚合物量子点荧光淬灭，从而实现荧光探针的随机的荧光闪烁。

技术领域

本发明涉及荧光成像领域，特别是涉及一种荧光探针及其制备方法和超分辨成像方法。

背景技术

生物体由复杂的细胞过程组成并在其自然环境中持续存在。为了进一步认知这些复杂环境中的生物学过程，科学家们发展了各种各样的生物成像技术。在这些技术中，生物荧光成像因简单的成像条件以及对生物样品的相容性而得到了广泛的发展。然而，传统的荧光成像技术受到了光学衍射极限的限制，无法分辨低于200nm的空间结构，对亚细胞结构的生物学过程研究造成障碍。超分辨荧光显微镜技术的出现，打破了传统光学衍射对成像分辨率的限制，能够获取纳米尺度下的细胞动态等复杂的生物过程。超分辨率成像技术包括受激发射耗尽显微镜(STED)、光激活定位显微镜(PALM)、随机光学重构显微镜(STORM)、结构光照明显微镜(SIM)和超分辨率光学涨落成像(SOFI)。除了对传统的宽场荧光显微镜框架的改进及升级改造之外，典型的超分辨成像显微镜技术通常依赖于荧光探针材料的光物理性质。SOFI是T.Dertinger在2009年首次提出的一种新兴的超分辨率成像技术，由于其均衡的时间和空间分辨率，以及背景降低能力和简单的光学设置，SOFI技术已经成为主流的超分辨率成像方法。SOFI是基于相互独立的荧光发色团荧光强度的随机涨落来实现分辨率提高的成像技术。荧光材料只需在激光照射下产生荧光强度的涨落而不需要具有OFF-ON的状态转换。最初，荧光闪烁的量子点(Qdots)用于SOFI成像以提高改进其算法和成像水平。后来，荧光蛋白被用于SOFI研究。然而，Qdots和荧光蛋白的荧光亮度低的缺陷，成像过程中不得不提高激发光功率，这样一来，对生物样品造成极大的损伤。

在SOFI纳米显微镜的发展之初，均使用无机量子点(QD525、QD625和QD705等)作为荧光探针。然而，即便是通过各种方式的修饰或改造，常用的Qdots中的重金属离子所引起的生物毒性仍然是个值得关注的问题。对于荧光蛋白的活细胞SOFt超分辨显微成像，2012年Peter Dedecker首次提出利用荧光蛋白(Dronpa)和红色可逆光开光荧光蛋白实现双色活细胞SOFI超分辨显微成像。目前RSFPs的品种较为单一，常用的绿色RSFPs Dronpa的荧光光子数较低，光学稳定性有待提高。

有机染料是荧光成像中应用最广泛的探针。单个染料分子由于系间穿越到暗三重态而呈现闪烁，但是染料在SOFI中的使用遇到几个挑战：(1)染料在连续照射下的光漂白限制了采集时间，但SOFI算法需要记录一段随时间涨落的荧光信号；(2)染料的低信噪比限制了SOFI的图像质量；(3)有机染料典型的系间穿越速率导致其微秒时间尺度的“开/关”闪烁，而SOFI的大多数采集仅限于毫秒时间尺度。与单染料分子相比，负载染料的乳胶或负载染料的二氧化硅纳米粒子显示出更好的亮度和光稳定性。然而，负载染料的纳米粒子的荧光来源于染料分子团簇，不同染料分子的涨落可以相互补偿使之不具有荧光闪烁特性。因此，荧光染料在高阶SOFI纳米成像中的应用仍然是非常具有挑战性的。

聚合物量子点(Pdots)作为新一代优秀的生物荧光探针在荧光成像示踪分析技术中得到广泛的应用。粒径大于15nm的Pdots表现出稳定的荧光动力学，没有明显的光闪烁，而当尺寸减小到10nm以下时，小Pdots常常观察到光闪烁，但是其荧光亮度仍然不能够得到较高对比度的荧光图像。

发明内容

基于此，有必要提供一种荧光闪烁特性可调节且荧光亮度高的荧光探针。

此外，还提供一种荧光探针的制备方法及基于荧光共振能量转移调控的超分辨成像方法。