單細(xì)胞顯微成像技術(shù)已經(jīng)逐漸成為生物學(xué)中不可缺少的基礎(chǔ)診斷工具.電化學(xué)發(fā)光（ECL）顯微成像技術(shù)具有無(wú)需激發(fā)光源、零光學(xué)背景和響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn),因此在單細(xì)胞分析中具有很大的優(yōu)勢(shì).我們開發(fā)了基于石墨相氮化碳納米片的ECL顯微成像傳感平臺(tái),用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單細(xì)胞分泌銅離子的含量.體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)納米片的ECL強(qiáng)度對(duì)銅離子具有良好的線性響應(yīng)和選擇性.細(xì)胞實(shí)驗(yàn)也同樣證明了在細(xì)胞體系中,細(xì)胞周圍的納米片能夠作為ECL探針用于監(jiān)測(cè)細(xì)胞分泌銅離子的過程.這項(xiàng)單顆粒ECL成像技術(shù)有望用于進(jìn)一步監(jiān)測(cè)其他細(xì)胞分泌物. 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué):化學(xué). 2020,50(05)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

g-C3N4納米片的表征.g-C3N4納米片的TEM圖(a),動(dòng)態(tài)光散射粒徑分布圖(b),原子力顯微鏡成像圖(c).(d)在圖(c)中白線劃過的兩個(gè)g-C3N4納米片的厚度分布.(e)g-C3N4納米片的XRD圖譜.(f)g-C3N4納米片溶液的明場(chǎng)(左圖)、熒光(中圖,365 nm激發(fā))和ECL(右圖,碳紙電極為工作電極)(網(wǎng)絡(luò)版彩圖)

為了能夠得到g-C3N4納米片的ECL強(qiáng)度與Cu2+濃度的關(guān)系,我們?cè)谶B續(xù)的循環(huán)伏安掃描過程中,每隔一段時(shí)間向電解液中注入一定量的Cu2+,同時(shí)記錄g-C3N4納米片的ECL強(qiáng)度變化.如圖4所示,當(dāng)g-C3N4納米片的ECL發(fā)射強(qiáng)度穩(wěn)定了以后,我們向電解液中注入10μM的Cu2+,發(fā)現(xiàn)納米片的ECL強(qiáng)度立即發(fā)生衰減,隨后達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的發(fā)光平臺(tái),說明注入的Cu2+通過擴(kuò)散到達(dá)電極表面,淬滅了g-C3N4納米片的ECL,而當(dāng)電解液中的Cu2+擴(kuò)散達(dá)到穩(wěn)態(tài)以后,g-C3N4納米片的ECL也隨之達(dá)到了一個(gè)平臺(tái).而后每間隔一段時(shí)間,就向電解液中注入一次10μM的Cu2+,g-C3N4納米片的ECL強(qiáng)度都會(huì)隨之衰減,達(dá)到一個(gè)更低的發(fā)光平臺(tái).將每次注入Cu2+后,g-C3N4納米片的ECL發(fā)射平臺(tái)的峰強(qiáng)度求統(tǒng)計(jì)平均值,可以發(fā)現(xiàn)ECL強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)平均值與所加入的Cu2+濃度呈現(xiàn)出很好的線性相關(guān)性,說明可以用單個(gè)g-C3N4納米片去實(shí)時(shí)定量監(jiān)測(cè)其周邊局域Cu2+濃度的變化.3.5 g-C3N4納米片作為ECL探針成像細(xì)胞分泌Cu2+

由于HeLa細(xì)胞內(nèi)部Cu2+含量較少,所以我們通過在培養(yǎng)基中加入Cu2+來(lái)提高細(xì)胞內(nèi)部Cu2+的含量.首先將貼附在玻碳電極表面的HeLa細(xì)胞與含有Cu2+的培養(yǎng)基一起孵育1 h,讓細(xì)胞外的Cu2+孵育到細(xì)胞內(nèi)部.隨后將細(xì)胞外部的Cu2+洗去,這時(shí)由于細(xì)胞內(nèi)部Cu2+含量大于細(xì)胞外,細(xì)胞就會(huì)開始向外分泌Cu2+.因?yàn)榧?xì)胞外部的g-C3N4納米片的ECL強(qiáng)度能夠被Cu2+所淬滅,所以通過監(jiān)測(cè)細(xì)胞外部g-C3N4納米片的ECL強(qiáng)度,就可以得到細(xì)胞分泌Cu2+的含量.如圖5所示,當(dāng)我們給細(xì)胞孵育不同濃度的Cu2+(0、100、200和300μM),導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)部的初始Cu2+含量不同.隨后洗去細(xì)胞外的Cu2+后,對(duì)電極表面施加電壓,監(jiān)測(cè)細(xì)胞分泌Cu2+的濃度.當(dāng)細(xì)胞內(nèi)部Cu2+濃度較高時(shí),細(xì)胞分泌的Cu2+濃度也較高,那么細(xì)胞外g-C3N4納米片的ECL強(qiáng)度就會(huì)降低,反之亦然.這說明可以通過監(jiān)測(cè)細(xì)胞外g-C3N4納米片的ECL強(qiáng)度來(lái)反映細(xì)胞分泌Cu2+的濃度.如圖6所示,在連續(xù)的循環(huán)伏安掃描時(shí),我們監(jiān)測(cè)了細(xì)胞外g-C3N4納米片的ECL強(qiáng)度變化,發(fā)現(xiàn)細(xì)胞外納米片的ECL強(qiáng)度表現(xiàn)出逐漸上升的趨勢(shì),并在后期達(dá)到穩(wěn)定.而對(duì)照組的g-C3N4納米片(孵育0μM的Cu2+)的ECL強(qiáng)度始終保持穩(wěn)定,這說明細(xì)胞分泌Cu2+的含量隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷減少.由于細(xì)胞分泌Cu2+的含量受到細(xì)胞內(nèi)Cu2+的濃度和Cu2+在細(xì)胞外擴(kuò)散的雙重影響,因此Cu2+會(huì)在細(xì)胞外形成一定的濃度梯度.由于細(xì)胞外電解液的體積遠(yuǎn)大于細(xì)胞內(nèi)的體積,所以隨著細(xì)胞內(nèi)部Cu2+不斷分泌到細(xì)胞外環(huán)境中,細(xì)胞內(nèi)部Cu2+含量逐漸減少,而細(xì)胞外Cu2+濃度則隨著擴(kuò)散稀釋效應(yīng)而趨近于零.所以隨著時(shí)間的延長(zhǎng),細(xì)胞分泌到胞外的Cu2+濃度也隨之減少,所以g-C3N4納米片的ECL強(qiáng)度會(huì)不斷上升.當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Cu2+完全分泌以后,此時(shí)電解液中Cu2+的濃度達(dá)到了穩(wěn)態(tài)(近似于零),于是g-C3N4納米片的ECL強(qiáng)度也達(dá)到了一個(gè)平臺(tái).如圖6(e)所示,我們發(fā)現(xiàn)g-C3N4納米片的初始ECL淬滅率和細(xì)胞分泌Cu2+的初始濃度都與細(xì)胞內(nèi)部Cu2+濃度呈現(xiàn)正相關(guān).圖6(f)也表明,細(xì)胞分泌Cu2+濃度隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷降低,直到細(xì)胞內(nèi)外Cu2+濃度一致而達(dá)到穩(wěn)態(tài).


本文編號(hào)：3359803