通过振动松弛编码荧光实现的选择性键合成像

《The Journal of Physical Chemistry Letters》：Bond-Selective Imaging via Vibrational Relaxation Encoded Fluorescence

荧光显微镜缺乏分子特异性，本研究提出振动弛豫编码荧光显微镜（VREF），通过激光激发分子振动，热效应改变近场荧光分子分布，实现高特异性成像。该技术可检测细菌抗生素敏感性变化，包括MIC以下浓度。摘要：

　　

荧光显微镜可以观察细胞和细胞器，但缺乏分子特异性。为了解决这个问题，我们提出了振动松弛编码荧光（VREF）技术，这是一种将振动选择性编码到荧光信号中的光热化学成像方法。激光激发细胞或细胞器内的分子振动，随后振动通过热能释放，导致局部温度升高。这种热效应会改变附近荧光物质的玻尔兹曼平衡状态，从而产生热激活的荧光信号。与通过热加速动态淬灭来抑制荧光量子产率的方法不同，VREF采用反斯托克斯（anti-Stokes）激发机制，能够产生正的荧光调制，并且可以与常见的、对热不敏感的染料兼容。在哺乳动物细胞和细菌中的应用表明，该技术能够在降低背景噪声的情况下实现高质量的功能成像。重要的是，VREF能够检测到细菌在接触抗生素时发生的细微生化变化和代谢变化，即使抗生素浓度低于最低抑制浓度也是如此。这些发现使VREF成为一种独特的工具，适用于活细胞成像、单细胞功能分析以及抗生素耐药性的研究。