陈洪渊院士等团队Angew：集成PEC纳米电极用于细胞内药物递送、评价治疗效果

通讯作者：赵伟伟；徐静娟

通讯单位：南京大学

单细胞测量可用于揭示有关细胞功能和行为的基本信息。例如单个细胞中的生物分子浓度、代谢活动和信号级联反应等了解对细胞生物学的理解及生物医学诊断具有很大的价值。

基于光活性材料的光子到电转换的光电化学(PEC)已成为一种快速发展的低背景、超灵敏生物检测方法。可作为细胞内纳米工具，为单细胞研究开辟了新的技术方向。然而，目前的可面向PEC的单细胞工具面临着巨大挑战。

南京大学陈洪渊院士、赵伟伟教授及徐静娟教授团队通过在纳米移液管尖端设计目标特异性有机分子/NiO/Ni膜，设计了一种双功能PEC单细胞纳米工具，能够直接电渗细胞内药物递送和评估氧化应激。相关工作以“An Integrated Photoelectrochemical Nanotool for Intracellular Drug Delivery and Evaluation of Treatment Effect ”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。

图1.(a)能够进行细胞内递送和治疗评估的双功能PEC纳米工具的方案。(b)纳米工具的侧视和俯视（插图）SEM图像。(c)在BCOP改性之前（灰色曲线）和之后（黑色曲线）NiO薄膜的光阴极信号。

要点1. 研究人员依次通过磁控溅射和退火顺序沉积Ni以原位形成NiO/Ni膜作为半导体和金属接触层，进一步进行蜡密封以暴露特定的工作区域。然后将合成的苯并吡喃香豆素结构的有机探针(BCOP)固定在NiO膜上。

要点2. p型NiO由于其良好的可及性、高稳定性和优异的抗生物样品还原性物质干扰能力用于构建光阴极纳米工具。有机分子探针BCOP同时作为生物识别元件和p型NiO的有效敏化剂。

要点3. 在皮升水平的细胞内递送后，氧化应激效应将引起有机探针的结构变化、改变混合膜的光吸收，导致阴极响应发生变化。这项工作证明了PEC纳米工具的潜力，并扩展了目前对单细胞电分析的理解。

图2.(a)纳米工具的信号生成机制。(b)对从0到5.0 mmol L-1的H2O2浓度范围内的光阴极响应。(c)相应的线性度。(d)选择性测试的干扰比((I-I0)/I0)。插图：具有可变pH值的2 mmol L-1 H2O2的I/I0。

图3.(a)FI-TC递送的明场和荧光图像，包括-100 mV下的顺序渗透、+1.0V下的1分钟电渗和0 V下的快速撤回(比例尺为50 µm)。分别使用(b)细胞外和(c)细胞内PMA处理的MCF-7细胞中对细胞内H2O2的光阴极反应。(d)每组十几个细胞的统计分析。(e)相应计算的H2O2 浓度。

参考文献：

Yi-Fan Ruan, Feng-Zao Chen, Yi-Tong Xu, Tian-Yang Zhang, Si-Yuan Yu, Wei-Wei Zhao, Dechen Jiang, Hong-Yuan Chen, Jing-Juan Xu, An Integrated Photoelectrochemical Nanotool for Intracellular Drug Delivery and Evaluation of Treatment Effect, Angew. Chem. Int. Ed. 2021, https://doi.org/10.1002/anie.202111608