华东理工大学钱若灿AC：纳米传感器用于细胞膜破裂的无标记电化学监测
通讯作者：钱若灿
通讯单位：华东理工大学
H2O2是活细胞中必不可少的信号分子，可直接损伤脂质、蛋白质和DNA，导致细胞膜破裂。然而，目前的研究主要集中在基于探针的细胞内H2O2传感，这些方法通常需要复杂的探针合成和仪器。特别是局部H2O2处理会导致细胞膜破裂，但由于细胞膜的机械特性难以准确测定，因此细胞膜破坏的程度尚不清楚。因此，需要高度灵敏和无标记的方法来测量和反映细胞膜的机械变化。
基于此，华东理工大学钱若灿特聘副研究员发展了一种尖端直径小于90 nm的超小型石英纳米移液管作为纳米传感器，实现了无标记和无创电化学单细胞测量，用于实时监测H2O2处理下的细胞膜破裂。纳米移液管中充满磷酸盐缓冲盐水(PBS, 2 mM)溶液，还包含Ag/AgCl电极作为纳米传感器和工作电极并连接到直流(DC)电源。通过空间控制纳米吸管尖端精确接近单个活细胞膜上的特定位置，在恒定直流电压下观察到稳定的循环膜振荡。当加负电位时，电渗的电场方向与液接电位相同，产生内部流动，从而导致细胞膜振动有规律的循环变化。在恒定电压下获得的电流与时间轨迹上可以观察到循环振荡，这反映了细胞膜的机械特性。
在H2O2处理过程中，通过电化学记录可以观察到电流的变化，而在显微镜下也可以观察到细胞膜的变形甚至破裂，说明H2O2对细胞造成了损伤。
使用快速傅里叶变换(FFT)来分析电流时域的频率组成，电流时域可以分解为两个不同的频率，从而揭示被测单活的本振和固有频率。研究了不同H2O2处理条件下活细胞的生理状态。结果表明，H2O2处理下活细胞膜的机械变化可以通过电流与时间信号进行测量，并且膜损伤的程度随着H2O2浓度的增加而升级。
这种基于纳米移液管的纳米传感器为开发一种简便、无标记和非侵入性的策略为在单细胞水平的外部刺激期间测定细胞膜的机械特性铺平了道路。相关工作以“Nanopipette-Based Nanosensor for Label-Free Electrochemical Monitoring of Cell Membrane Ruptureunder H2O2 Treatment”为题发表在Analytical Chemistry上。
