生物正交化学（bioorthogonal chemistry）是一类高效特异性标记反应，能够在复杂的生命系统中实现精准的分子标记而不干扰其他生物过程。荧光生物正交探针被广泛用于生命系统中的特定生物分子的无创标记与成像，但通常需要繁琐的清洗步骤以去除未反应的探针。开启型探针依赖荧光“开关”效应，在标记反应的同时开启荧光信号，实现目标分子高信噪比成像，却也因为牺牲反应前探针的信号，无法实时检测标记过程。寿命响应型探针则克服了这一局限性。它们在生物正交反应前后表现出显著寿命变化，结合发光寿命显微成像系统（PLIM），可以在时间尺度上区分并分析反应前后的探针，从而实现免洗条件下标记过程的高精度动态成像。

近日，南京邮电大学张寅教授、赵强教授课题组和南京大学王欢教授合作，报道了一系列含菲醌结构的铱(III)配合物，当与生物分子上的a-当归内酯基团反应时，分子电子结构发生大幅变化，引发配合物发射激发态的改变。其中配合物5、6的磷光寿命从百纳秒级跃升至微秒级。这种时间维度的信号分化，使得反应前后的探针即使共处同一空间，也能通过PLIM成像被精准区分。

在活细胞PLIM成像实验中，利用配合物5的寿命变化，可以实时成像生物正交标记过程，并在不同的时间通道内同时监测探针的消耗（< 300 ns）以及标记产物的生成（> 300 ns）。在此基础上，研究团队利用该探针实现了反应诱导的细胞器靶向、细胞膜以及表面糖蛋白的标记、整合素a_vb₃标记与细胞内化过程。寿命测量提供了一种不受探针浓度影响的定量分析手段，不仅能够实时追踪反应进程，又可帮助优化实验条件以提高标记效率。这项工作为发展更高效的生物正交探针，并推进活细胞成像技术的发展，提供了重要的理论和实验基础。

Phosphorescent Iridium(III) Phenanthrolinedione Complexes as Lifetime-Responsive Bioorthogonal Probes for Wash-Free Time-Resolved Bioimaging of Cellular Labeling

Peiling Dai, Chenxiao Luo, Zhiqi Xu, Shuaishuai Sun, Yuyang Tian, Kenneth Yin Zhang, Kenneth Kam-Wing Lo, Shujuan Liu, Wei Huang, Huan Wang, Qiang Zhao

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202504230