下一代电化学发光体问世，超亮金纳米团簇点亮亚细胞世界

在生命科学和精准医学蓬勃发展的今天，如何在无背景干扰、无光损伤的条件下看清亚细胞的精细结构，始终是成像技术的核心挑战。电化学发光（ECL）技术因其无需外界激发光源、背景近乎为零与时空可控性强等优势，在生物传感与成像领域备受青睐。然而，要将其用于高分辨显微成像，尤其是观察超精细的亚细胞结构，面临两大瓶颈：（1）发光信号弱：现有ECL探针（包括金纳米团簇）量子产率低，信号微弱，难以满足成像需求；（2）定位不准：探针难以固定或者探针尺寸过大，严重限制空间分辨率。理想方案是构建一种尺寸超小（< 2 nm）的ECL探针，并能原位、紧密地锚定在电极-细胞界面，形成“近零厚度”的发光源。

近日，南京大学化学化工学院朱俊杰与陈子轩团队在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）上发表突破性成果，成功合成了一类具有超高ECL亮度的金纳米团簇探针。该探针通过分子内氢键网络实现构型刚性化，不仅将ECL强度提升超250倍，更首次构建出厚度趋近于单团簇尺度（~2 nm）的“近零厚度”ECL发光层。这一创新使得研究人员能在完全黑暗、零背景的环境中，以约170 nm的空间分辨率清晰成像细胞的亚细胞结构——相当于用一盏“原子级LED灯”照亮细胞。这项工作不仅破解了传统ECL探针亮度低、定位模糊的长期难题，更为下一代高分辨、无标记、原位生物成像提供了全新范式，有望在单细胞动态监测、细胞器互作研究、疾病标志物原位成像等研究中发挥重要作用。

图1. 氢键锁构型，增强FL

该研究团队设计了一种由多精氨酸肽（CR4）和杂环配体6-氮杂-2-硫代胸腺嘧啶（ATT）共同保护的金纳米团簇（CR4/ATT-AuNCs）。关键创新在于CR4与ATT之间形成密集的分子内氢键网络，有效刚性化配体结构，显著抑制非辐射跃迁。这种“氢键锁”策略使得金簇荧光量子效率提升约60倍。

图2. 氢键锁构型，激活超强ECL

此策略刚性化配体构象，氢键“锁住”了配体柔性，大幅抑制非辐射跃迁，使金簇荧光量子效率提升60倍的同时，促进金簇表面配体的π-π有序堆叠，也增强了共反应剂（TPrA）和金簇之间电子转移效率，更意外激活了一条高效的还原-氧化（Reduction-oxidation）路径，令ECL强度暴增250倍以上。

图3. 肉眼可见的单团簇厚度发光层

当CR4/ATT-AuNCs固定于电极表面后，在施加电压时可发出肉眼可见的明亮绿光。通过实验表征，其ECL信号来源于一个厚度仅2-3纳米的界面层——几乎等同于单个团簇的高度，真正实现了“近零厚度”超强发光源。这种极致薄层极大压缩了发光空间弥散，为高分辨成像奠定物理基础。

图4. 亚细胞结构ECL超分辨成像

利用该超亮探针，团队搭建了ECL显微成像系统，对贴壁HeLa细胞进行原位成像。无需任何外加激发光源，即可清晰分辨细胞边缘、伪足延伸及局部复杂纹理，空间分辨率高达~170 nm。

这项研究不仅在材料设计上取得了重要进展，同时也推动了成像技术的发展。南京大学团队通过精确调控配体间的相互作用，成功将金纳米团簇的电化学发光（ECL）性能提升到了新的高度。他们利用分子内氢键网络刚性化金纳米团簇结构，显著增强了其发光效率，并利用这种超亮探针构建出一个厚度接近单团簇尺度的高效发光界面。这一“近零厚度ECL成像”方法，解决了传统ECL探针亮度不足和定位不准确的问题，实现了对亚细胞结构的高分辨率成像。未来，结合超分辨成像技术（如受激辐射损耗显微或单分子定位策略），该近零厚度ECL平台有望进一步突破光学衍射极限，在无外加激发光、零背景干扰的条件下实现纳米级分辨率的电化学发光成像，为亚细胞器动态互作和膜界面过程的原位可视化提供新工具。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是南京大学博士研究生周凯。朱俊杰教授与陈子轩副教授为该论文的共同通讯作者。研究得到国家自然科学基金等项目资助。