近日，美国霍华德•休斯医学研究所的研究人员开发出一种新技术来制造发光染料。将特定的化学组分引入罗丹明分子，他们可以产生科学家想要的任何颜色，不只是红橙黄绿蓝靛紫（ROYGBIV）。这项成果于周一发表在《Nature Methods》上。
这项工作为科学家提供了一种调节现有染料性能的方法，使其更加明亮、更加稳定，并且更容易渗透细胞。文章的通讯作者、HHMI的团队负责人Luke
Lavis表示：这种扩展的染料可以帮助研究人员更好地理解细胞的内部运作。
一段辉煌的历史
20多年前，科学家开始依赖化学荧光染料，让生物分子变得可见。在窥探细胞内部、染色细胞器以及其他成像实验中，化学试剂就是国王。然而，绿光荧光蛋白（GFP）的出现，让这个国王丢了王位。
1994年，科学家报告称，利用遗传技术将GFP与细胞中其他蛋白相结合，这就像强迫蛋白拿了一根荧光棒。这种技术让研究人员能够在显微镜下跟踪蛋白的运动，而不必使用昂贵的合成染料。2008年，GFP的开发工作让三名科学家分享了诺贝尔化学奖，包括已故的HHMI研究员钱永健。
不过，GFP也并非完美。它是一种相对笨重的分子，由一组天然氨基酸组成。因此，GFP的亮度似乎不够，有时不能揭示出研究人员想看的东西。于是，他们又重新回到化学试剂。
据Lavis介绍，科学家已经开发出尖端的显微镜和新型的标记技术，但标记分子的染料仍然停留在十九世纪。他的团队主要研究罗丹明（rhodamine），因为它们特别明亮，可以渗透细胞。不过，尽管罗丹明的研究已开展了一百多年，但化学家只创造出几十种颜色，从绿色到橙色，大部分是相似的。
制造新的罗丹明并不容易。科学家仍然沿用早期的技术，在硫酸中煮沸化学成分。这迫使分子在所谓的缩合反应中连接在一起。混合不同的化学组分可以产生新的不寻常染料。不过，这些组分必须足够强韧，才能挺过沸腾的酸浴，这其实没有多少选择。
一种全新的改造
2011年，Lavis的团队开发出一种新方法来修饰罗丹明的结构，这次的条件比较温和。利用金属钯引发的反应，研究人员可以跳过酸浴步骤，构建比以往更复杂的化学组分。
这种更温和的改造方式打开了通往染料新世界的大门，而Lavis的团队还在继续努力。四年后，他们带来了Janelia
Fluor染料，这种荧光分子的亮度比其他染料高出50倍，而且更稳定。Janelia
Fluor染料背后的秘密是一种称为氮杂环丁烷（azetidine）的菱形结构，这种结构只能通过Lavis的新方法实现。
科学家可以利用各种策略将染料分子与他们想要研究的蛋白相结合。然后，他们可以聚焦点亮的蛋白质，并观察它与其他分子的相互作用，而没有以往恼人的背景。
加州大学伯克利分校的Xavier Darzacq认为，这对单分子成像领域而言是一场革命。在使用Janelia
Fluor染料之前，他们所研究的荧光标记转录因子太暗淡，无法捕获到清晰的图像。研究人员不得不延长曝光时间，以收集足够的光线。不过，图像还是会模糊。但Janelia染料足够亮，让研究人员可在1毫秒内捕获分子。
