单个氮化碳纳米片电化学发光成像监测细胞分泌铜离子
发布时间：2021-08-24 10:18
单细胞显微成像技术已经逐渐成为生物学中不可缺少的基础诊断工具.电化学发光（ECL）显微成像技术具有无需激发光源、零光学背景和响应速度快等优点,因此在单细胞分析中具有很大的优势.我们开发了基于石墨相氮化碳纳米片的ECL显微成像传感平台,用于实时监测单细胞分泌铜离子的含量.体外实验发现纳米片的ECL强度对铜离子具有良好的线性响应和选择性.细胞实验也同样证明了在细胞体系中,细胞周围的纳米片能够作为ECL探针用于监测细胞分泌铜离子的过程.这项单颗粒ECL成像技术有望用于进一步监测其他细胞分泌物.
【文章来源】：中国科学:化学. 2020,50(05)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
g-C3N4纳米片的表征.g-C3N4纳米片的TEM图(a),动态光散射粒径分布图(b),原子力显微镜成像图(c).(d)在图(c)中白线划过的两个g-C3N4纳米片的厚度分布.(e)g-C3N4纳米片的XRD图谱.(f)g-C3N4纳米片溶液的明场(左图)、荧光(中图,365 nm激发)和ECL(右图,碳纸电极为工作电极)(网络版彩图)
为了能够得到g-C3N4纳米片的ECL强度与Cu2+浓度的关系,我们在连续的循环伏安扫描过程中,每隔一段时间向电解液中注入一定量的Cu2+,同时记录g-C3N4纳米片的ECL强度变化.如图4所示,当g-C3N4纳米片的ECL发射强度稳定了以后,我们向电解液中注入10μM的Cu2+,发现纳米片的ECL强度立即发生衰减,随后达到一个稳定的发光平台,说明注入的Cu2+通过扩散到达电极表面,淬灭了g-C3N4纳米片的ECL,而当电解液中的Cu2+扩散达到稳态以后,g-C3N4纳米片的ECL也随之达到了一个平台.而后每间隔一段时间,就向电解液中注入一次10μM的Cu2+,g-C3N4纳米片的ECL强度都会随之衰减,达到一个更低的发光平台.将每次注入Cu2+后,g-C3N4纳米片的ECL发射平台的峰强度求统计平均值,可以发现ECL强度的统计平均值与所加入的Cu2+浓度呈现出很好的线性相关性,说明可以用单个g-C3N4纳米片去实时定量监测其周边局域Cu2+浓度的变化.3.5 g-C3N4纳米片作为ECL探针成像细胞分泌Cu2+
由于HeLa细胞内部Cu2+含量较少,所以我们通过在培养基中加入Cu2+来提高细胞内部Cu2+的含量.首先将贴附在玻碳电极表面的HeLa细胞与含有Cu2+的培养基一起孵育1 h,让细胞外的Cu2+孵育到细胞内部.随后将细胞外部的Cu2+洗去,这时由于细胞内部Cu2+含量大于细胞外,细胞就会开始向外分泌Cu2+.因为细胞外部的g-C3N4纳米片的ECL强度能够被Cu2+所淬灭,所以通过监测细胞外部g-C3N4纳米片的ECL强度,就可以得到细胞分泌Cu2+的含量.如图5所示,当我们给细胞孵育不同浓度的Cu2+(0、100、200和300μM),导致细胞内部的初始Cu2+含量不同.随后洗去细胞外的Cu2+后,对电极表面施加电压,监测细胞分泌Cu2+的浓度.当细胞内部Cu2+浓度较高时,细胞分泌的Cu2+浓度也较高,那么细胞外g-C3N4纳米片的ECL强度就会降低,反之亦然.这说明可以通过监测细胞外g-C3N4纳米片的ECL强度来反映细胞分泌Cu2+的浓度.如图6所示,在连续的循环伏安扫描时,我们监测了细胞外g-C3N4纳米片的ECL强度变化,发现细胞外纳米片的ECL强度表现出逐渐上升的趋势,并在后期达到稳定.而对照组的g-C3N4纳米片(孵育0μM的Cu2+)的ECL强度始终保持稳定,这说明细胞分泌Cu2+的含量随着时间的延长而不断减少.由于细胞分泌Cu2+的含量受到细胞内Cu2+的浓度和Cu2+在细胞外扩散的双重影响,因此Cu2+会在细胞外形成一定的浓度梯度.由于细胞外电解液的体积远大于细胞内的体积,所以随着细胞内部Cu2+不断分泌到细胞外环境中,细胞内部Cu2+含量逐渐减少,而细胞外Cu2+浓度则随着扩散稀释效应而趋近于零.所以随着时间的延长,细胞分泌到胞外的Cu2+浓度也随之减少,所以g-C3N4纳米片的ECL强度会不断上升.当细胞内Cu2+完全分泌以后,此时电解液中Cu2+的浓度达到了稳态(近似于零),于是g-C3N4纳米片的ECL强度也达到了一个平台.如图6(e)所示,我们发现g-C3N4纳米片的初始ECL淬灭率和细胞分泌Cu2+的初始浓度都与细胞内部Cu2+浓度呈现正相关.图6(f)也表明,细胞分泌Cu2+浓度随着时间的延长而不断降低,直到细胞内外Cu2+浓度一致而达到稳态.
本文编号：3359803
【文章来源】：中国科学:化学. 2020,50(05)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
g-C3N4纳米片的表征.g-C3N4纳米片的TEM图(a),动态光散射粒径分布图(b),原子力显微镜成像图(c).(d)在图(c)中白线划过的两个g-C3N4纳米片的厚度分布.(e)g-C3N4纳米片的XRD图谱.(f)g-C3N4纳米片溶液的明场(左图)、荧光(中图,365 nm激发)和ECL(右图,碳纸电极为工作电极)(网络版彩图)
为了能够得到g-C3N4纳米片的ECL强度与Cu2+浓度的关系,我们在连续的循环伏安扫描过程中,每隔一段时间向电解液中注入一定量的Cu2+,同时记录g-C3N4纳米片的ECL强度变化.如图4所示,当g-C3N4纳米片的ECL发射强度稳定了以后,我们向电解液中注入10μM的Cu2+,发现纳米片的ECL强度立即发生衰减,随后达到一个稳定的发光平台,说明注入的Cu2+通过扩散到达电极表面,淬灭了g-C3N4纳米片的ECL,而当电解液中的Cu2+扩散达到稳态以后,g-C3N4纳米片的ECL也随之达到了一个平台.而后每间隔一段时间,就向电解液中注入一次10μM的Cu2+,g-C3N4纳米片的ECL强度都会随之衰减,达到一个更低的发光平台.将每次注入Cu2+后,g-C3N4纳米片的ECL发射平台的峰强度求统计平均值,可以发现ECL强度的统计平均值与所加入的Cu2+浓度呈现出很好的线性相关性,说明可以用单个g-C3N4纳米片去实时定量监测其周边局域Cu2+浓度的变化.3.5 g-C3N4纳米片作为ECL探针成像细胞分泌Cu2+
由于HeLa细胞内部Cu2+含量较少,所以我们通过在培养基中加入Cu2+来提高细胞内部Cu2+的含量.首先将贴附在玻碳电极表面的HeLa细胞与含有Cu2+的培养基一起孵育1 h,让细胞外的Cu2+孵育到细胞内部.随后将细胞外部的Cu2+洗去,这时由于细胞内部Cu2+含量大于细胞外,细胞就会开始向外分泌Cu2+.因为细胞外部的g-C3N4纳米片的ECL强度能够被Cu2+所淬灭,所以通过监测细胞外部g-C3N4纳米片的ECL强度,就可以得到细胞分泌Cu2+的含量.如图5所示,当我们给细胞孵育不同浓度的Cu2+(0、100、200和300μM),导致细胞内部的初始Cu2+含量不同.随后洗去细胞外的Cu2+后,对电极表面施加电压,监测细胞分泌Cu2+的浓度.当细胞内部Cu2+浓度较高时,细胞分泌的Cu2+浓度也较高,那么细胞外g-C3N4纳米片的ECL强度就会降低,反之亦然.这说明可以通过监测细胞外g-C3N4纳米片的ECL强度来反映细胞分泌Cu2+的浓度.如图6所示,在连续的循环伏安扫描时,我们监测了细胞外g-C3N4纳米片的ECL强度变化,发现细胞外纳米片的ECL强度表现出逐渐上升的趋势,并在后期达到稳定.而对照组的g-C3N4纳米片(孵育0μM的Cu2+)的ECL强度始终保持稳定,这说明细胞分泌Cu2+的含量随着时间的延长而不断减少.由于细胞分泌Cu2+的含量受到细胞内Cu2+的浓度和Cu2+在细胞外扩散的双重影响,因此Cu2+会在细胞外形成一定的浓度梯度.由于细胞外电解液的体积远大于细胞内的体积,所以随着细胞内部Cu2+不断分泌到细胞外环境中,细胞内部Cu2+含量逐渐减少,而细胞外Cu2+浓度则随着扩散稀释效应而趋近于零.所以随着时间的延长,细胞分泌到胞外的Cu2+浓度也随之减少,所以g-C3N4纳米片的ECL强度会不断上升.当细胞内Cu2+完全分泌以后,此时电解液中Cu2+的浓度达到了稳态(近似于零),于是g-C3N4纳米片的ECL强度也达到了一个平台.如图6(e)所示,我们发现g-C3N4纳米片的初始ECL淬灭率和细胞分泌Cu2+的初始浓度都与细胞内部Cu2+浓度呈现正相关.图6(f)也表明,细胞分泌Cu2+浓度随着时间的延长而不断降低,直到细胞内外Cu2+浓度一致而达到稳态.
本文编号：3359803
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3359803.html
