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著述先容

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显微镜下的“魔法”

还牢记小时候玩的荧光棒吗？轻轻一摇，就能发出五彩斑斓的色泽，给咱们的童年增添了很多乐趣。而在科学家的试验室里，也有一种“荧光棒”，它们比荧光棒更神奇，不错让咱们“看到”微不雅全国的精彩骤然，以致生物行为的“电影”。

这种“魔法”等于荧皎白微镜，它诳骗荧光染料和荧光卵白的特色，将微不雅全国的结构、功能和动态变化“照亮”。荧光染料和荧光卵白就像显微镜下的“小精灵”，它们巧合领受特定波长的光，并将其升沉为不同波长的荧光，从而让咱们“看到”显微镜下的全国。

“小精灵”的郁闷

联系词，这些“小精灵”并弗成永久“发光”。它们会在光照下逐渐消失，这个经由被称为光漂白。

光漂白的“元凶”

荧光分子领受光子后，会插足引发态，并逐渐开释能量回到基态。在这个经由中，荧光分子不错通过两种阵势开释能量：发光和非发射衰减。

非发射衰减： 非发射衰减是指荧光分子通过其他阶梯开释能量，而不发光的经由。举例，荧光分子不错与其他分子碰撞，或者自己发生振动，从而开释能量。非发射衰减会诽谤荧光分子的量子产率，使其发出的荧光变弱。

光氧化： 光氧化是指荧光分子在光照下发生氧化响应，从而更正其结构，导致荧光削弱或消散。光氧化是荧光卵白光漂白的主要原因之一。

光漂白的“末端”：

裁汰成像时刻： 光漂白会导致荧光强度下跌，从而裁汰成像时刻，影响试验末端的准确性。

产生有毒物资： 光漂白经由中可能会产生一些有毒物资，举例解放基，这些物资可能会对细胞酿成毁伤，以致杀死细胞。

诽谤成像质料： 光漂白会导致荧光信号变弱，从而诽谤成像质料，影响对微不雅全国的不雅察。

因此，科学家们一直在寻找让荧光染料和荧光卵白更“历久”的要道。

著述重心

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小精灵”的新“魔法”

魔法一：加固荧光卵白

为了普及荧光卵白的耐光性，科学家们不错通过更正卵白质支架的结构，使其更融会，从而延迟荧光寿命。举例，mCherry-XL 和 mScarlet3 这两种红色荧光卵白，就比传统的 mCherry 更亮，也更耐光。它们通过“加固”卵白质的 β-桶结构，逼迫了发色团发生疏子重排，从而减少了非发射衰减。

魔法二：关闭非发射阶梯

为了普及荧光分子的量子产率，科学家们不错通过模拟计算，议论并逼迫荧光分子发生非发射衰减。举例，科学家们发现了一种要道，不错使 EGFP 荧光卵白的耐光性普及 80 倍。他们发现，EGFP 荧光卵白中存在一个非发射阶梯，电子会从发色团弯曲到酪氨酸残基上，从而更正发色团的发光特色。通过将酪氨酸替换为亮氨酸，就不错阻断这个非发射阶梯，普及 EGFP 的耐光性。

魔法三：量身定制荧光染料

荧光染料是一种东谈主工合成的荧光分子，它们频繁具有更高的荧光强度和更好的光融会性。联系词，传统的荧光染料合成要道需要使用强酸或强碱等条目，范畴了它们的进一步发展。

为了克服这个贫困，科学家们正在诳骗当代合成时期，对经典染料进行改进，使其更亮、更耐光。举例，Janelia Fluor 系列染料，就比传统的罗丹明染料更亮、更耐光。它们通过更正染料分子的结构，逼迫了分子里面的非发射衰减，从而普及了量子产率。

魔法四：光激活成像

光激活成像是一种新的成像时期，它不错幸免荧光分子过度引发，从而减少光漂白的发生。在光激活成像中，荧光分子唯有在特定波长的光照耀下才会发出荧光，从而幸免了无须要的引发和光漂白。

联系商酌

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荧皎白微镜行动生命科学的利器，让咱们得以窥见微不雅全国的高深。联系词，荧光染料和荧光卵白的“消失”问题，一直制约着荧皎白微镜的应用。

为了克服这一贫困，科学家们不休探索新的要道，建造出多样“魔法”，让荧光染料和荧光卵白巧合更捏久地“发光”。这些“魔法”不仅普及了荧皎白微镜的成像质料，还为咱们探索微不雅全国的高深提供了新的用具。 举例，科学家们不错诳骗耐光性强的荧光染料和荧光卵白，不雅察神经元细胞树突中毫秒级的电压变化，从而揭示神经元信息处理和学习的机制。

明天，跟着荧光材料和时期的发展，荧皎白微镜将变得愈加普遍，匡助咱们解开更多生物之谜。 举例，科学家们正在建造更亮、更耐光的荧光材料，以及建造新的成像时期，举例超区分率显微镜和光片显微镜等。这些新时期将匡助咱们以更高的区分率、更快的速率、更深的档次不雅察微不雅全国，从而推进生命科学的发展，并为东谈主类健康作事作念出更大的孝顺。

参考文件

[1] YAriana Remmel .TOWARDS BRIGHTER AND MORE

PHOTOSTABLE FLUOROPHORES. Nature， 630， 258-260.

END

案牍 |陆细刚

排版 | 陆细刚

审核 | 陆细刚

发布｜姜笑南

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