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，安徽建筑大学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3-A）。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3_B），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。

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

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，本文以安徽建筑大学为第一单位。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。（文/图：肖必华 邹文生；审稿：丁益）

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.

新闻链接：https://www.ahjzu.edu.cn/2023/0109/c21a208575/page.htm

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