“Matthew Effect in Aggregate Emission”: General Design Strategy of Fluorogenic Bioorthogonal Nanoprobes with Ultrahigh Emission Enhancement

生物正交化学 四嗪 聚集诱导发射 荧光 猝灭(荧光) 纳米技术 化学 骨料(复合) 荧光团 组合化学 点击化学 材料科学 有机化学 物理 光学
作者
Shin-ichi Segawa,Xinwen Ou,Tianruo Shen,Takahiro RYU,Yuki Ishii,Herman H. Y. Sung,Ian D. Williams,Ryan T. K. Kwok,Ken Onda,Kiyoshi Miyata,Xuewen He,Xiaogang Liu,Ben Zhong Tang
标识
DOI:10.26434/chemrxiv-2023-0tz14
摘要

Fluorescent imaging, a key technique in life science research, frequently utilizes fluorogenic probes for precise imaging in living systems. Tetrazine is an effective emission quencher in the design of fluorogenic probes, which can be selectively damaged upon bioorthogonal click reactions, leading to considerable emission enhancement. Despite significant efforts to increase the emission enhancement ratio (IAC/IBC) of tetrazine-functionalized fluorogenic probes, the influence of molecular aggregation on the emission properties has been largely overlooked in the design of these probes. In this study, we reveal that an ultrahigh IAC/IBC can be realized in the aggregate system when tetrazine is paired with aggregation-induced emission luminogens (AIEgens). Tetrazine can increase its quenching efficiency upon aggregation and drastically reduce background emissions. Subsequent click reactions damage tetrazine and trigger significant AIE, leading to considerably enhanced IAC/IBC. We further showcase the capability of these ultra-fluorogenic systems in selective imaging of multiple organelles in living cells. We propose the term "Matthew Effect in Aggregate Emission" to describe the unique fluorogenicity of these probes, potentially providing a universal approach to attain ultrahigh emission enhancements in diverse fluorogenic aggregate systems.

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