▲第一作者：邢泽菁
通讯作者：朱俊杰；姜立萍；马诚
通讯单位：南京大学；扬州大学
论文DOI：10.1002/anie.202308950
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全文速览
本文是在课题组自主搭建的电化学发光显微成像装置的基础上，开发了吸附调节电化学发光显微成像技术。通过发光分子与蛋白分子的竞争吸附作用，以对粒子表面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形成动力学的研究。
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背景
A.蛋白冠的研究意义
纳米药物因其性质可调的特点以及优异的药物递送效率而在生物医药领域得到了广泛关注。然而由于纳米药物表面具有较高的表面能，在生理环境下会自发地吸附周围地蛋白分子，从而在其表面形成蛋白冠。蛋白冠的形成是一把双刃剑，一方面，蛋白冠会影响纳米药物的靶向能力；另一方面，蛋白冠的形成也能够避免纳米颗粒对细胞的损伤。因此，研究蛋白冠对于纳米药物的开发起着至关重要的作用。
B.蛋白冠的研究方法
目前主要的对于蛋白冠的研究技术包括透射电镜（TEM）、凝胶电泳（PAGE）、质谱（MS）和圆二色谱（CD）等，然而这些技术主要停留于宏观层面，无法获得单颗粒尺度上的信息。近年来，人们依靠光学显微成像技术实现了对单颗粒上蛋白冠的研究，但光漂白和光谱串扰现象的存在，使得实时、动态研究单颗粒上蛋白冠的形成过程受到了限制。
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研究的出发点
电化学发光成像由于无需外界光源，相较于其它光学成像技术具有更低的背景和更高的灵敏性，同时也具有优异的时空分辨率。除此之外，依托朱老师课题组在前期国家重大科研仪器项目所搭建的平台，相继开发了基于电化学发光成像的单颗粒碰撞（Chem. Sci., 2018, 9, 6167）、单颗粒闪烁（Nano Lett. 2020, 20, 5008）以及单细胞成像（Angew. Chem. 2021, 60, 4907，Chem. Sci., 2022, 13, 13938）研究技术。基于此背景，我们设想能否利用该技术的特点以及我们所搭建的平台的优势来实现单颗粒上蛋白冠形成动力学的研究，于是我们开展了对于此课题的探索。
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图文解析
我们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，我们通过对其进行表面修饰使其表面带有不同电荷后，发现粒子增强局域电化学发光强度的能力有明显差异，证明其与其表面电荷存在明显关联，表明该现象依赖于粒子表面与发光分子间的静电相互作用。
▲图1.粒子自调节局域电化学发光强度。
我们通过对比实验，比较粒子表面有无蛋白冠形成时的成像情况，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，同时我们也排除了其它组分，包括无机盐离子、氨基酸等物质可能造成的干扰。
▲图2.蛋白冠的形成对粒子增强局域电化学发光强度的影响。
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。
▲图3.对单颗粒蛋白冠形成动力学的研究。
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总结与展望
我们设计了一种基于自吸附调节的单颗粒电化学发光显微成像技术。基于此技术，利用蛋白分子的竞争吸附作用，我们能够实现实时动态地监测粒子表面的蛋白冠形成过程，进而实现对单颗粒上的蛋白冠形成动力学的研究。同时，该技术也具有很好的普适性。我们认为该技术不仅为单颗粒尺度的蛋白冠的研究提供了新策略，也可以为单颗粒电化学发光成像技术在更多领域的发展提供了一些新的思路。
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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)。
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。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202308950
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