基于电化学发光显微成像技术的单颗粒蛋白冠形成动力学研究

纳米药物因其性质可调的特点及优越的药物递送效率而在生物医药领域得到了广泛关注。由于纳米材料具有较高的表面能，纳米药物在生理环境下会自发吸附周围蛋白分子形成蛋白冠，这对于纳米药物的研究和发展起着至关重要的作用。

然而，目前研究蛋白冠的技术大多停留于宏观层面，而在单颗粒尺度上的研究相对较少，主要依赖于光学显微成像技术，但由于光漂白和光谱串扰等问题的存在，使得实时、动态研究单颗粒表面上蛋白冠的形成过程受到了限制。

近日，南京大学朱俊杰、姜立萍和扬州大学马诚共同开发了吸附调节单颗粒电化学发光显微成像技术。基于前期国家重大科研仪器项目所搭建的平台，在相继开发单颗粒碰撞（Chem. Sci., 2018, 9, 6167）、单颗粒闪烁（Nano Lett. 2020, 20, 5008）、单细胞成像（Angew. Chem. 2021, 60, 4907，Chem. Sci., 2022, 13, 13938）等基础上，通过利用发光分子与蛋白分子在粒子表面的竞争吸附作用，以对粒子表面的蛋白冠形成过程进行实时监测，进而实现单颗粒尺度上的蛋白冠动力学的研究。

图1. 粒子自调节局域电化学发光强度。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

首先，以介孔二氧化硅纳米颗粒为例，可观察到其具有自发增强局域电化学发光强度的能力。随后，通过对其进行表面修饰后，发现粒子增强局域电化学发光强度的能力与其表面电荷存在明显关联，表明其依赖于粒子表面与发光分子间的静电相互作用。

同时，对比实验结果表明粒子表面上蛋白冠的形成能够显著调节粒子增强局域电化学发光强度的能力，并且排除了其它组分可能造成的干扰。最后，利用该现象并结合电化学发光显微成像技术，实现了在单颗粒尺度上原位研究蛋白冠形成动力学。除此之外，该策略也适用于对其它不同类别的颗粒以及在复杂体系中的蛋白冠形成动力学的研究，表明该技术具有普适性。最终，该技术不仅为单颗粒尺度的蛋白冠的研究提供了新策略，也为单颗粒电化学发光成像技术在更多领域的发展提供了新思路。

图3. 对单颗粒蛋白冠形成动力学的研究。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是南京大学博士研究生邢泽菁。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

An In Situ Investigation of the Protein Corona Formation Kinetics of Single Nanomedicine Carriers by Self-Regulated Electrochemiluminescence Microscopy

Zejing Xing, Xiaodan Gou, Li-Ping Jiang*, Jun-Jie Zhu* and Cheng Ma*

Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202308950

作者介绍

邢泽菁 博士研究生 南京大学化学化工学院

本文第一作者，南京大学2020级硕博连读生。2020年本科毕业于华东理工大学，同年进入南京大学朱俊杰教授课题组，研究方向为电致化学发光显微成像在单细胞、单颗粒中的应用。

马诚 扬州大学

本文通讯作者，现任扬州大学校特聘教授。扬州市绿杨金凤优秀博士，主持国家自然科学基金青年项目、江苏省自然科学基金青年项目等，工作围绕电化学发光显微成像技术，担任《分析实验室》青年编委，Frontiers in Chemistry客座副主编，Frontiers in Bioengineering & Biotechnology编委。

姜立萍 教授 南京大学化学化工学院

本文通讯作者，教授、博士生导师。主要研究方向为功能纳米材料的合成、功能纳米探针的制备、以及生物传感器研究。主持国家自然科学基金面上项目两项和青年基金一项，江苏省基础研究计划面上项目一项。发表SCI论文60余篇，论文被SCI刊物他引1000余次，获授权发明专利3项。入选2012年度教育部“新世纪优秀人才支持计划”，获2010年度教育部自然科学一等奖(排名第二)和2008年度江苏省科技进步奖二等奖(排名第二)。

https://www.x-mol.com/university/faculty/11516 

朱俊杰 教授 南京大学化学化工学院

本文通讯作者，现任南京大学教授。英国皇家化学会会士，Analyst副主编。主要工作涉及生物纳米电化学、纳米与生物成像、纳米材料的生物应用等。承担过国家自然科学基金委重大国际合作项目，科技部国际合作项目，欧盟第六框架课题等。

https://www.x-mol.com/university/faculty/11600