近期，智能所智能微納器件研究室張忠平研究員和王振洋研究員領導的團隊在生物體核酸結構的同步原位影像分析方面取得重要進展，合成了一種具有高效生物膜穿透能力的陽離子碳量子點，實現了對活細胞及線蟲體內DNA和RNA的同步熒光成像。相關研究成果發表在國際著名化學期刊《德國應用化學》 （Angew. Chem. Int. Ed.）上。這是繼該團隊兩個月前在該雜志發表細胞及生物體多通道熒光影像分析研究成果后的又一重要進展。 

　　核酸是生命的最基本物質之一，分為核糖核酸（RNA）和脫氧核糖核酸（DNA）。DNA是儲存、復制和傳遞遺傳信息的主要物質基礎。RNA在蛋白質合成過程中起著重要作用。因此，實時原位的觀察DNA和RNA結構的動態變化對理解核酸轉錄、蛋白表達、細胞凋亡等細胞行為和研究遺傳性疾病具有重要意義。但是，由于目前的成像探針存在生物膜穿透能力弱、無法同步區分DNA和RNA、自身光穩定性差等局限性，實時原位監測活細胞及生物體內DNA和RNA的分離、聚集和裂解等結構動態變化仍然面臨很大的挑戰。 

　　智能所研究人員利用碳材料細胞毒性小、易于進行表面功能化修飾等特點，合成了一種具有高效生物膜穿透能力的陽離子碳量子點。該碳量子點與雙鏈DNA和單鏈RNA結合后分別發出光譜可分辨的綠色熒光和紅色熒光。同時，該碳量子點具有優異的光穩定性，從而實現對細胞內DNA和RNA定位和運動的同步原位影像分析及細胞分裂期染色體的STED超高分辨成像。更為驚喜的是，該碳量子點探針進入秀麗隱桿線蟲體內后，可以跨過腸道-生殖腺等層層組織結構及細胞-細胞器等多種膜屏障，最終實現線蟲體內生殖腺細胞DNA和RNA的同步原位影像分析。該碳量子點探針高效的生物膜穿透能力和對不同核酸結構的特異性結合能力，為基礎細胞生物學、胚胎學以及臨床診斷提供了有利的工具。 

　　該研究工作得到了國家自然科學基金、合肥物質科學技術中心項目等的支持。 

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.201903005 

　　圖：（a）碳點與細胞內DNA和RNA作用示意圖。（b）碳點對細胞分裂過程中DNA和RNA動態變化的影像分析。（c）碳點對線蟲體內生殖腺細胞DNA和RNA的同步成像。