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用于细胞内药物递送和作用效果评估的集成型光电化学纳米工具

单细胞分析有望揭示有关细胞功能和行为的基本信息,深化对于细胞生物学的理解及应用研究,并促进生物医学诊断的发展;细胞异质性对整个细胞群体的健康和功能研究也具有至关重要的作用。在各类单细胞分析技术中,电分析方法具有灵敏度高、分析速度快、信号提取便捷、仪器简单、电极易于修饰功能化等特点,已经被广泛运用单细胞分析领域。光电化学(PEC)技术由于其激发源(光)和检测信号(电)能量形式上的分离,具有相较传统电化学方法更低的背景信号及检测灵敏度,有望发展成为一类全新的单细胞研究工具。


近日,南京大学化学化工学院徐静娟教授和赵伟伟副教授团队通过在纳米毛细管尖端构建目标特异性有机分子/NiO/Ni异质膜,设计了一种双功能光阴极单细胞纳米工具,并将其直接用于细胞内的电渗药物递送和氧化应激评估。

图1.(a)PEC纳米工具用于细胞内药物递送和作用效果评估的示意图;(b)所构建纳米工具的SEM图;(c)纳米工具经过有机分子探针功能化前后的PEC响应结果。


p型半导体材料NiO因其易制备性和高稳定性及抗干扰能力而被选择用于构建光阴极纳米工具。随后,具有过氧化氢识别特异性的有机分子探针BCOP被锚定于NiO基底,BCOP同时作为NiO的敏化剂和生物识别元件。利用纳米毛细管空腔进行皮升水平的细胞内药物递送后,氧化应激效应所产生的过氧化氢将引起有机探针结构的变化并改变纳米电极的光吸收性质,从而改变阴极光电流响应信号。结果发现,胞外孵化佛波酯(PMA)或进行细胞内原位递送均能够引起MCF-7细胞内过氧化氢浓度的上升;相较于细胞外药物孵育,细胞内直接递送可以以更少的药物用量获得更明显的作用效果,该工作为当前单细胞电分析方法提供了新的视角。


基于PEC生物分析技术的优势以及有机探针的引入,这项工作揭示了PEC单细胞纳米工具的潜力,有望促进针对其他特定药物作用效果评估的新型单细胞PEC纳米工具的开发。


该工作近日在线发表于Angewandte Chemie International Edition。南京大学化学化工学院博士生阮弋帆陈逢灶为论文第一作者,赵伟伟副教授和徐静娟教授为论文通讯作者,南京大学是论文标注的完成单位。该项目得到了陈洪渊院士的指导和国家自然科学基金的资助。


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An Integrated Photoelectrochemical Nanotool for Intracellular Drug Delivery and Treatment Effect Evaluation

Yi-Fan Ruan, Feng-Zao Chen, Yi-Tong Xu, Tian-Yang Zhang, Si-Yuan Yu, Wei-Wei Zhao,* Dechen Jiang, Hong-Yuan Chen and Jing-Juan Xu*

Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202111608


导师介绍

赵伟伟,南京大学化学化工学院副教授。2012年获南京大学理学博士学位并留校担任助理研究员,2014年晋升副教授,2017年4月-2019年3月,斯坦福大学材料科学与工程系访问学者。目前已在Chem. Rev., Chem. Soc. Rev., Angew. Chem., Anal. Chem., ACS AMI, CC, BB等刊物上发表论文近百篇,图书章节多章。主要研究方向:半导体材料合成,光电化学生物分析,超微电极制备,单细胞分析,电化学晶体管。


徐静娟,南京大学化学化工学院教授。1990年武汉大学获学士学位,1997、2000年南京大学获硕士和博士学位。2000年起在南京大学化学系任教,2006年被聘为教授。2007年入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”;2010年获国家杰出青年科学基金;2013年中国青年女科学家奖;2014年教育部“长江学者”特聘教授;2014年入选英国皇家化学会会士。现任生命分析化学国家重点实验室副主任,Scientific Reports、VIEW、《化学学报》、《分析化学》、《分析科学学报》等刊编委,Analytica Chimica Acta编辑,中国化学会质谱专业委员会副秘书长。获国家自然科学奖二等奖1项、教育部自然科学奖一等奖2项。已在Chem. Rev., Sci. Adv., Chem., Angew. Chem. Int. Ed., ACS Nano, Chem. Sci.等刊物发表SCI论文400余篇,研究成果被SCI刊物他人引用16700余次。主要研究方向:生命分析化学(光、电分析化学、生物传感、单细胞分析、微纳尺度生物分析)。


https://www.x-mol.com/university/faculty/11511 


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