超分辨成像技术打破了光学显微镜的Abbe’s衍射极限，提供了卓越的空间和时间分辨率。在各种超分辨率成像技术中，受激发射损耗纳米显微镜（STED）非常适合于活细胞成像，是研究活细胞动态的重要工具。在STED成像中，损耗激光的功率高达数GW/cm2。因此，在活细胞中进行长时间STED成像需要荧光物质同时具备以下特性：1）优异的光稳定性以抵抗光漂白；2）极小的光毒性以维持活细胞处于正常生理状态；3）长的波长（>650 nm）以减小光损伤并减少自发荧光干扰；4）高的亮度以提高图像的信号/噪声比；5）大的Stokes位移以避免荧光物质的自吸收。然而，现有荧光染料很少能同时具备这些性质。近日，中南大学宋相志团队、新加坡科技设计大学刘晓刚团队以及安徽大学张瑞龙团队联合报道了一种改良染料多方位性能的通用性策略，以适用于活细胞内长时间超分辨成像。

图1. DMA染料结构。

在这项研究中，作者通过引入9,9-二甲基-9,10-二氢吖啶（DMA）作为电子供体，很好弥补了传统染料在光稳定性、光毒性、波长、亮度和Stokes位移多方面的缺点。DMA供体通过扩大染料的π共轭体系来实现波长红移；其相对刚性的结构有利于染料保持高量子产率；而特定的蝶形震动增加了分子的几何弛豫进而增大了Stokes位移；更重要的是，DMA供体有效抑制了染料分子形成三重态，并具有强的抗氧化能力，因而DMA基染料能对抗光降解，并降低对活细胞的光毒性。有意义的是，DMA适用于各类荧光染料家族，不仅包括罗丹明家族染料，还包括二氟硼络合物和香豆素衍生物等。通过DMA优化的罗丹明和香豆素染料对线粒体和脂滴进行双色标记，并在超分辨镜头下研究了它们长时间动态相互作用；通过对HaloTag标记的膜蛋白的STED成像，进一步证实了DMA染料优越的光稳定性以及在蛋白质长时间可视化成像中的重要应用。