Ultrasensitive optical imaging with lanthanide lumiphores.
Ultrasensitive optical imaging with lanthanide lumiphores.
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DOI：
10.1038/nchembio.2513
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发表时间：
2018-01
影响因子：
14.8
通讯作者：
Harbury PB
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Cho U;Riordan DP;Ciepla P;Kocherlakota KS;Chen JK;Harbury PB
原则上，镧系元素螯合物的毫秒发射寿命应使其在生物系统中的时间分辨光学显微镜的超灵敏检测。然而，在实践中，镧系元素成像技术并没有提供比传统荧光显微镜更好的灵敏度。在这里，我们确定了三个基本问题，阻碍了镧系元素显微镜：低光子通量，效率低下的激发，和光学衍生的背景发光。我们克服了这些限制与一个新的镧系元素成像模式，trans-reflected照明与发光共振能量转移（trLRET），这增加了时间积分的信号强度的镧系发光体的170倍，信号与背景的比例由75倍。我们证明，trLRET提供了至少一个数量级的增加，检测灵敏度超过传统的落射荧光显微镜时，用于可视化内源性蛋白质表达在斑马鱼胚胎。我们还表明，trLRET可用于光学检测体内分子间的相互作用。trLRET有望释放镧系发光体的全部潜力，用于超灵敏、无自发荧光的生物成像。
In principle, the millisecond emission lifetimes of lanthanide chelates should enable their ultrasensitive detection in biological systems by time-resolved optical microscopy. In practice, however, lanthanide imaging techniques have provided no better sensitivity than conventional fluorescence microscopy. Here, we identify three fundamental problems that have impeded lanthanide microscopy: low photon flux, inefficient excitation, and optics-derived background luminescence. We overcome these limitations with a new lanthanide imaging modality, trans-reflected illumination with luminescence resonance energy transfer (trLRET), which increases the time-integrated signal intensities of lanthanide lumiphores by 170-fold and the signal-to-background ratios by 75-fold. We demonstrate that trLRET provides at least an order-of-magnitude increase in detection sensitivity over conventional epifluorescence microscopy when used to visualize endogenous protein expression in zebrafish embryos. We also show that trLRET can be used to optically detect molecular interactions in vivo. trLRET promises to unlock the full potential of lanthanide lumiphores for ultrasensitive, autofluorescence-free biological imaging.
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