Scientists Shed Light On Molecules In Living Cells
ScienceDaily — 來自美國克蘭姆森大學（Clemson University）的化學家開發出一種改良過的長壽型螢光奈米粒子，假以時日，也許研究人員便可以利用這種技術來追蹤某些單一分子進出活體細胞時的一舉一動。
圖1. Fluorescent, glowing polymer dot nanoparticles in solution, illuminated with a UV lamp. (Credit: Jason McNeill, Clemson University)
圖2. Conjugated Polymer Dots for Multiphoton Fluorescence Imaging
研究人員開發一種稱為「共振能量轉移（resonance energy transfer）」的程序，當螢光染料分子加到奈米顆粒時便會發生。
如果科學家想去追蹤活體細胞中某一個單一的分子運動時，它便可以提供觀察者一些訊息。其他相關方面的應用還包含協助研究人員去瞭解病毒感染細胞的過程或人 體內的蛋白質究竟是如何運作等等。這類的技術同時也可以協助醫師精確地找到癌細胞所在的位置而減少病人在找尋癌細胞時所必須遭受的痛苦，並對健康組織所造 成的傷害降至最低。而對人體外而言，這個技術也可以加速偵測一些如炭疽熱（anthrax）這類有害毒素的速度。
也許發展單一分子的追蹤技術最好的選擇就是發展出更好的螢光奈米顆粒。
螢光奈米顆粒比我們人類的毛髮寬度還要在小上數千倍，它的體積就類似於蛋白質分子，而且它們可以接在上面。當在光學顯微鏡以及高感度數位攝影設備下以雷射 光線照射時，接附有奈米粒子的蛋白質便會發出光芒，如此便能讓科學家們精確的去注視蛋白質的位置，同時去瞭解他們在細胞裡面的動態。
圖3. 單一分子光譜儀器設備（圖片來源：JACS, 2007, 129, 12904-12905）
其實一直到今日，用於細胞當中的奈米顆粒亮度依舊不足，但 Clemson 大學的化學家們開發出一種嶄新的奈米顆粒，他們在上面塗附一層共軛高分子（conjugated polymers）材質，這層材料可以發出光芒，而且可以壽命也長到足以讓科學家們攝取數千張的照片，並將每張照片串起而成為一部動態影片。
圖4. 各種共軛高分子材質結構與螢光發光強度比較（圖片來源：JACS, 2007, 129, 12904-12905）
共軛高分子有許多與矽半導體類似的性質，同時又具有如塑膠般的彈性。從共軛高分子製備的奈米粒子一開始會很亮，可是那個亮光在雷射光束的照射之下很快的就暗下來了。
「當一個共軛高分子處在一個高能的狀態時，它變容易受到氧氣的攻擊，」化學家 Jason McNeill 這樣說到，他是 Clemson 大學的研究人員。「這個染料可以從分子身上有效率的移走能量，同時再被光線給再次激發，如此奈米粒子便會變得更明亮且更長壽。」
圖5. 左圖：單一共軛高分子奈米顆粒之多光子激發螢光光譜圖（Multiphoton-excited fluorescence image of single conjugated polymer nanoparticles.）；右圖：含有奈米粒子之巨噬細胞（macrophage cells）螢光激發 DIC 圖（Fluorescence image of macrophage cells loaded with ~5-10 nanoparticles per cell, overlaid with DIC image.）（圖片來源：http://chemistry.clemson.edu/people/mcneill.htm）
McNeill 提到有關這個發現的其他相關應用可能會針對腦部老化斑或纖維（plaques and fibrils）沈積所造成的腦部病變，比如說老人癡呆症（ Alzheimer's ）或是狂牛症。而這個研究主要是由 Changfeng Wu, Craig Szymanski, Jennifer Grimland 及 Yueli Zheng 這幾位研究生所執行，經費來源則是美國國家科學會（National Science Foundation）。
Clemson 大學在本次研討會（美國化學協會第 234 次年會）裡，於各領域中發表了 40 篇的論文。當中的主題涵蓋了地下水中鈾元素定量化偵測、將脂類原料轉化成生物燃油以及抗氧化物如何抵抗損害 DNA 的嶄新機制等研究。
These findings were reported at the 234th annual national American Chemical Society meeting Aug.19-24 in Boston.
圖6. 化學家 Jason McNeill（圖片來源：http://chemistry.clemson.edu/people/mcneill.htm）
Adapted from materials provided by Clemson University.
原始報導：
1. ScienceDaily：Scientists Shed Light On Molecules In Living Cells
2. http://chemistry.clemson.edu/people/mcneill.htm
原始論文：
Conjugated Polymer Dots for Multiphoton Fluorescence Imaging
J. Am. Chem. Soc.; (Communication); 2007; 129(43); 12904-12905.
〔摘要〕｜〔Supporting Information〕