编辑推荐：
目前利用碳点（CDs）标记微生物多局限于简单成像，检测细胞活力和细胞器靶向研究较少。研究人员以抗坏血酸等为原料制备 A - CDs 并用于酵母研究。结果显示 A - CDs 能区分酵母细胞活力、靶向标记细胞核。该研究为 CDs 在生物成像应用提供新思路。
在微观的生物世界里，研究人员一直在探索更有效的工具来深入了解细胞的奥秘。碳点（Carbon Dots，CDs）作为一种新型的纳米材料，凭借其独特的优势，在生物成像领域崭露头角。与传统的荧光染料相比，CDs 具有更好的生物相容性、荧光稳定性以及可调节的荧光特性，这使得它成为生物成像领域中极具竞争力的材料。然而，目前的研究存在一些局限。一方面，利用 CDs 对微生物进行标记大多还停留在简单成像阶段，对于其在检测细胞活力以及细胞器靶向方面的应用研究相对较少。另一方面，虽然已有研究尝试赋予 CDs 靶向功能，但大多集中在动物细胞，涉及微生物的研究极为罕见。而酵母，作为真菌微生物的典型代表，不仅在食品工业中发挥着重要作用，比如在酿酒、发酵面包等过程中不可或缺，而且在生物科学研究领域也是常用的模式细胞。因此，开发能够精准判断酵母活性状态并实现细胞器靶向标记的 CDs，对于深入研究酵母的生理机制以及拓展 CDs 在生物成像领域的应用具有重要意义。
为了解决这些问题，东北农业大学的研究人员开展了一项富有创新性的研究。他们以抗坏血酸（Ascorbic Acid，AA）、柠檬酸（Citric Acid，CA）和乙二胺（Ethylenediamine，EDA）为原料，通过简单的一步水热法合成了抗坏血酸基碳点（Ascorbic Acid - based Carbon Dots，A - CDs） ，并对其结构和光学性质进行了深入研究。研究人员利用 A - CDs 对酵母进行成像，分析酵母的存活状态，确定 A - CDs 靶向细胞核的功能，同时探索 A - CDs 进入细胞的摄取途径。该研究成果发表在《Food Bioscience》上，为生物成像领域带来了新的突破。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy，TEM）对 A - CDs 的形态、大小和微观结构进行表征，以此来观察 A - CDs 的物理特性。其次，利用共定位实验，将 A - CDs 与 4',6 - 二脒基 - 2 - 苯基吲哚（4',6 - diamidino - 2 - phenylindole，DAPI）共同作用于酵母细胞，以此来确定 A - CDs 是否能够靶向细胞核。此外，还开展了初步的内吞实验，探究 A - CDs 进入细胞的主要途径。
A - CDs 的表征
研究人员借助 TEM 对 A - CDs 进行观察，发现其呈近球形且分散均匀，平均粒径为 3.28nm，粒径分布接近正态分布。高分辨率透射电子显微镜（High - Resolution Transmission Electron Microscopy，HR - TEM）图像显示，A - CDs 具有对应于石墨烯（100）晶面的 0.21nm 晶格间距，这证实了其石墨层状结构。通过这些研究，明确了 A - CDs 的基本物理特性，为后续研究奠定了基础。
A - CDs 对酵母细胞活力的区分
研究人员用 A - CDs 标记酵母细胞后发现，死亡、存活以及处于中间状态的酵母细胞呈现出不同的成像效果。这一现象与 A - CDs 进入细胞的浓度密切相关，而细胞对 A - CDs 摄取浓度的差异是由于细胞膜通透性的变化。这一结果表明，A - CDs 具备区分酵母细胞活力的能力，为研究酵母细胞的生理状态提供了新的方法。
A - CDs 对细胞核的靶向标记
通过 A - CDs 与 DAPI 的共定位实验，研究人员证实了 A - CDs 能够靶向并标记酵母细胞的细胞核。这一发现为在细胞层面研究酵母细胞核的结构和功能提供了有效的标记工具，有助于深入了解酵母细胞的遗传信息传递等过程。
A - CDs 的内吞途径探究
初步的内吞实验表明，A - CDs 主要通过网格蛋白介导和脂筏介导的内吞作用进入酵母细胞。这一研究结果揭示了 A - CDs 进入细胞的机制，对于进一步理解纳米材料与细胞之间的相互作用具有重要意义。
综上所述，该研究成功合成了能够靶向酵母细胞核的 A - CDs。A - CDs 具有高荧光强度、浓度依赖性、良好的稳定性以及生物相容性等优势，使其在生物成像领域具有广阔的应用前景。它不仅能够区分酵母细胞的活力状态，还能实现对细胞核的靶向标记，同时明确了其进入细胞的主要途径。这些研究成果为碳点在生物成像领域的应用开辟了新的方向，有助于推动微生物学、细胞生物学等相关领域的发展，为深入探究细胞的奥秘提供了有力的技术支持。在未来的研究中，可以进一步拓展 A - CDs 在其他微生物以及更复杂生物体系中的应用，探索其更多潜在的功能，为生命科学研究和医学应用带来更多的惊喜。
