南京大学化学与化工学院分析化学朱俊杰

youzhouyi

壳聚糖膜修饰电极上单细胞的直接ECL成像

电致化学发光（ECL）显微成像能够同时提供电化学和光学图像两种信号，兼具高通量和高时空分辨率的特点，成为近年来备受关注的成像技术。ECL显微成像在微阵列检测、单颗粒分析以及ECL机理研究等方面具有独特的优势，并得到多次报道。然而，该技术在单细胞水平的研究报道却非常有限。近日，南京大学的朱俊杰教授和安徽大学的金葆康教授合作，将贴壁细胞培养在壳聚糖膜修饰电极上，借助壳聚糖膜的通透性，实现了单细胞分泌H2O2的ECL成像检测。

在常规ECL检测细胞的方法中，由于细胞在电极上存在严重的空间位阻效应，细胞阻碍了电子传递和物质扩散，从而造成检测信号的衰减。在细胞的ECL成像时，细胞覆盖区域呈现出黑暗影像（相对于背景光），细胞相对较弱的ECL信号限制了ECL成像在单细胞水平的应用。为了解决这一问题，他们巧妙利用壳聚糖膜抬升细胞，增加细胞与电极之间的距离，从而克服了细胞在电极上的空间位阻。一方面，壳聚糖膜具有很好的生物相容性，HeLa和MCF-7细胞可以在壳聚糖膜上贴壁生长；另一方面，壳聚糖是典型的通透性聚合物，本体溶液中的发光剂L012可以绕开细胞扩散进入壳聚糖膜，到达电极表面时发生电化学反应。在fMLP的刺激下，细胞呼吸爆发，产生大量的H2O2。细胞原位产生的H2O2是L012的共反应剂，当H2O2进入壳聚糖膜后，与L012发生ECL反应，在细胞区域呈现出明亮的ECL影像。为了进一步提高ECL响应，他们在FTO电极上均匀修饰了纳米TiO2，制备了FTO/TiO2/CS电极，并建立了H2O2的ECL成像分析方法。最终，在单细胞水平上，他们将该ECL成像技术应用到药物DPI对细胞分泌H2O2作用效果的研究。

该工作具有较强的启发性，表明通透性材料在细胞ECL成像中具有较好的应用前景。该方法的提出也为相关领域的研究者在细胞ECL成像研究方面提供了思路。文章的第一作者为2015级安徽大学的博士生刘根，研究成果发表于Analytical Chemistry 上。

该论文作者为：Gen Liu, Cheng Ma, Bao-Kang Jin, Zixuan Chen and Jun-Jie Zhu

Direct Electrochemiluminescence Imaging of a Single Cell on a Chitosan Film Modified Electrode

Anal. Chem., 2018, 90, 4801, DOI: 10.1021/acs.analchem.8b00194