近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員徐兆超團隊發展雙色單分子閃爍比率成像技術（2C-SMBR），在單溶酶體水平同步實現納米級結構成像與腔內pH準確定量。相關成果發表在《德國應用化學》。
溶酶體作為細胞的“化工廠”與“信號樞紐”，其功能高度依賴于腔內pH的精確調控。傳統觀點認為，溶酶體是均質的酸性細胞器，然而，近年研究提示其存在功能異質性。例如，黑色素細胞中的黑素體、免疫細胞中的分泌性溶酶體均具有獨特的pH特征，甚至同一細胞內的經典溶酶體也可能因空間位置、運動狀態差異而承擔不同功能。
解析上述異質性的核心挑戰在于技術手段的缺失——傳統群體測量方法只能提供細胞器群體的平均pH值，無法揭示單溶酶體水平的動態差異。而基于單分子定位的超分辨成像雖能追蹤單個溶酶體的運動與形態，卻難以同步測試腔內pH。徐兆超團隊此前開發的LysoSR-549探針和Aze-HMSiR，可通過pH依賴的自發閃爍特性，在單溶酶體水平關聯動態行為與相對pH變化。然而，其依賴單色熒光光子數的測量方法易受實驗條件等環境因素影響，導致單個溶酶體中pH測量不夠準確。
在本工作中，研究團隊發展的2C-SMBR技術基于兩種pH響應特性互補的自發閃爍熒光探針，通過單分子定位顯微術分別解析兩種探針的空間分布，可重建溶酶體的納米級結構。同時，團隊利用雙色探針閃爍動態的比率分析，消除探針濃度、光漂白等干擾因素，實現單溶酶體pH的精準定量。該技術將單分子定位的超高空間分辨率與比率分析的抗干擾性相結合，傳統方法依賴雙色信號的空間疊加，而2C-SMBR通過時間分辨的單分子事件關聯，確保信號源自同一溶酶體，從而在納米尺度上同步實現結構成像與功能量化。
該技術pH測量動態范圍可擴展至4.0至6.0，為活細胞器功能異質性研究提供了兼具精度與可靠性的新工具。
相關論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202503916
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