还记得小时候玩的荧光棒吗？轻轻一摇，就能发出五彩斑斓的光芒，给我们的童年增添了许多乐趣。而在科学家的实验室里，也有一种“荧光棒”，它们比荧光棒更神奇，可以让我们“看到”微观世界的精彩瞬间，甚至生物活动的“电影”。

这种“魔法”就是荧光显微镜，它利用荧光染料和荧光蛋白的特性，将微观世界的结构、功能和动态变化“照亮”。荧光染料和荧光蛋白就像显微镜下的“小精灵”，它们能够吸收特定波长的光，并将其转化为不同波长的荧光，从而让我们“看到”显微镜下的世界。

然而，这些“小精灵”并不能永远“发光”。它们会在光照下逐渐褪色，这个过程被称为光漂白。

光漂白的“元凶”

荧光分子吸收光子后，会进入激发态，并逐渐释放能量回到基态。在这个过程中，荧光分子可以通过两种方式释放能量：发光和非辐射衰减。

非辐射衰减： 非辐射衰减是指荧光分子通过其他途径释放能量，而不发光的过程。例如，荧光分子可以与其他分子碰撞，或者自身发生振动，从而释放能量。非辐射衰减会降低荧光分子的量子产率，使其发出的荧光变弱。

光氧化： 光氧化是指荧光分子在光照下发生氧化反应，从而改变其结构，导致荧光减弱或消失。光氧化是荧光蛋白光漂白的主要原因之一。

光漂白的“后果”：

缩短成像时间： 光漂白会导致荧光强度下降，从而缩短成像时间，影响实验结果的准确性。

产生有毒物质： 光漂白过程中可能会产生一些有毒物质，例如自由基，这些物质可能会对细胞造成损伤，甚至杀死细胞。

降低成像质量： 光漂白会导致荧光信号变弱，从而降低成像质量，影响对微观世界的观察。

因此，科学家们一直在寻找让荧光染料和荧光蛋白更“耐久”的方法。

为了提高荧光蛋白的耐光性，科学家们可以通过改变蛋白质支架的结构，使其更稳定，从而延长荧光寿命。例如，mCherry-XL 和 mScarlet3 这两种红色荧光蛋白，就比传统的 mCherry 更亮，也更耐光。它们通过“加固”蛋白质的 β-桶结构，阻止了发色团发生分子重排，从而减少了非辐射衰减。

荧光显微镜作为生命科学的利器，让我们得以窥见微观世界的奥秘。然而，荧光染料和荧光蛋白的“褪色”问题，一直制约着荧光显微镜的应用。

为了克服这一难题，科学家们不断探索新的方法，开发出各种“魔法”，让荧光染料和荧光蛋白能够更持久地“发光”。这些“魔法”不仅提高了荧光显微镜的成像质量，还为我们探索微观世界的奥秘提供了新的工具。 例如，科学家们可以利用耐光性强的荧光染料和荧光蛋白，观察神经元细胞树突中毫秒级的电压变化，从而揭示神经元信息处理和学习的机制。

未来，随着荧光材料和技术的发展，荧光显微镜将变得更加强大，帮助我们解开更多生物之谜。 例如，科学家们正在开发更亮、更耐光的荧光材料，以及开发新的成像技术，例如超分辨率显微镜和光片显微镜等。这些新技术将帮助我们以更高的分辨率、更快的速度、更深的层次观察微观世界，从而推动生命科学的发展，并为人类健康事业做出更大的贡献。

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文案 |陆细刚

排版 | 陆细刚

审核 | 陆细刚

发布｜姜笑南