基于STED超分辨技术的新型菁染料对细胞线粒体膜结构成像研究

发布时间：2017-12-16 22:27

  本文关键词：基于STED超分辨技术的新型菁染料对细胞线粒体膜结构成像研究

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【摘要】：光学显微成像具有非接触、无损伤等优点,是长期以来生物医学领域研究的重要工具。因为光学衍射极限的存在,光学显微镜的分辨率极限自1873年以来止步于200nm这一极值,无法获得尺寸在200nm以内生物结构的清晰图像。超分辨技术的诞生是本世纪光学显微成像领域的重要突破,为生物科学的研究提供了不可替代的有力工具。超分辨光学成像(Super-resolution Optical Microscopy)[1]技术泛指分辨率打破了光学显微系统分辨率极限的显微技术,目前常见的超分辨成像技术主要有两种途径:一是基于点扩展函数工程的方法实现超分辨,例如受激发射损耗显微技术(Stimulated Emission Depletion Microscopy,简称STED);二是基于单分子定位实现超分辨,例如光激活定位显微技术(Photo activation Localization Microscopy,简称PALM)、随机光学重构成像(Stochastic Optical Reconstruction Microscopy)等。线粒体膜,尤其是内膜在线粒体生理过程中发挥着非常重要的作用,研究线粒体膜结构与功能具有重大意义。荧光成像具有灵敏度高、操作简单、成本低等优点而广受关注,荧光染料作为荧光成像过程中的重要环节具有非常重要的地位,而常规荧光染料,如Rhodamine123和JCT-1等线粒体染色剂,由于自身分子结构与电荷分布等特征优先定位于线粒体基质,对线粒体膜结构有选择性染色的长波长染料比较少见,尤其是能同时超分辨成像线粒体膜结构的荧光探针更是稀缺,因此需要开发新型超分辨荧光探针对线粒体膜结构进行成像研究。多甲川菁染料是常见的长波长荧光染料,例如Cy5,Alexa-647等[2]常用于STORM超分辨成像,但这类染料存在一些问题,如光稳定性差、荧光量子产率不高等,需要开发性能优异的新型菁类荧光染料。与Cy5染料相比,方酸菁染料是一类耐光漂白性好,荧光量子产率高的染料,但其水溶性差、活细胞内染色定位性差等问题。基于上述考虑,开发新型菁荧光染料成为迫切需要,使其同时兼具方酸类染料与甲川类菁染料的优点,更好的用于超分辨荧光成像。本硕士论文工作主要搭建了一套STED超分辨荧光成像系统及开发了一类新型菁染料用于活细胞线粒体内膜结构的特异性荧光标记与STED超分辨成像研究,主要内容包括以下几个方面:1.STED超分辨成像系统的搭建,使用已知纳米荧光材料对STED系统进行相关参数指标的标定;2.新型菁染料(后均简称为探针1)的制备与光谱性能研究,包括吸收,发射光谱,荧光量子产率测试,对细胞进行染色等生物实验等;3.探针1用于活细胞成像实验及STED超分辨成像研究。本硕士论文工作的创新点主要包括以下两点:1.设计制备了一种新型的菁染料探针,可靶向定位共价标记活细胞线粒体膜,其效果优于商用线粒体标识剂罗丹明123;2.搭建了一套STED超分辨成像系统,并获取了用探针标定的RAW-7细胞线粒体膜的超分辨图像,其分辨率与共聚焦成像相比有明显提高。
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：Q244

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