In recente jaren, er is een snelle evolutie geweest van geavanceerde fluorescentiebeeldvormingstechnieken zoals single-molecule localization microscopie (SMLM) die een ongekende resolutie mogelijk maakt voorbij de Abbe-diffractielimiet van de optische microscoop.

Echter, onvoldoende helderheid van fluoroforen heeft een belangrijk knelpunt gevormd voor de verdere vooruitgang van dit veld en veroorzaakte aanzienlijke beperkingen voor in vivo cellulaire dynamische studies.

Vanwege de wijdverbreide toepassingen van rhodamines in veel superresolutie-beeldvormingsonderzoeken, aanzienlijke inspanningen zijn geleverd om hun prestaties verder te verbeteren.

Onderzoekers van de Dalian University of Technology (DUT) en de Singapore University of Technology and Design (SUTD) hebben een nieuwe strategie ontwikkeld voor chemici om helderdere fluorescentie en duidelijkere resolutie te bereiken met behulp van een nieuwe klasse rhodamines. Chemici en wetenschappers kunnen nu direct profiteren van een breder kleurenpalet dat ze kunnen gebruiken tijdens biologische beeldvorming. Dit zal hen helpen om ingewikkelde cellulaire structuren te onderscheiden voor een nauwkeurigere analyse die voorheen niet mogelijk was. Hun onderzoekspaper is gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

De onderzoekers hebben met succes aangetoond dat deze strategie compatibel was met andere families van fluoroforen, wat resulteert in een aanzienlijk verhoogde fluorescentiehelderheid en "fotonbudget". Het verhoogde fotonbudget is van cruciaal belang om de resolutie en helderheid van superresolutiemicroscopen te verbeteren.

De sleutel tot deze strategie was de combinatie van het mechanistische begrip van het fotofysische proces in deze fluoroforen (namelijk, verdraaide intramoleculaire ladingsoverdracht), en de moleculaire ontwerpstrategie met staart om dit schadelijke proces te remmen via een elektronisch inductief effect.

"Met de nauwe integratie van computationele en experimentele studies om de structuur-eigenschapsrelaties van fluoroforen te begrijpen, de kleurstofchemie transformeert momenteel van trial-and-error naar op ontwerp gebaseerde moleculaire engineering. We verwachten dat er binnenkort meer hoogwaardige kleurstoffen zullen worden gemaakt en dus een grote bijdrage zullen leveren aan de ontwikkeling van superresolutiemicroscopie, " zei assistent-professor Liu Xiaogang van SUTD.

"Naast helderheid, andere kenmerken zoals fotostabiliteit en fotoactiveringseigenschappen moeten worden geoptimaliseerd om aan de strenge eisen van SMLM te voldoen. We kijken ernaar uit om nauw samen te werken met computationele chemici om het rationele ontwerp van kleurstoffen voor beeldvorming met superresolutie verder te bevorderen, ", voegt professor Xiao Yi van de TU Delft toe.