点击蓝字 关注我们
欢迎各位专家学者在公众号平台报道最新研究工作，荐稿请联系小编Robert（微信ID：BrainX007）；或将稿件发送至lgl010@vip.163.com。
英文标题：Sulfonated cobalt phthalocyanine coupled with poly(dopamine-co-sulfobetaine methacrylate) for single-cell electrochemical monitoring of glutathione
成果简介
谷胱甘肽（GSH）是细胞内含量最丰富的非蛋白硫醇，在维持细胞氧化还原稳态中发挥关键作用，其水平异常与癌症、神经退行性疾病和心血管疾病等密切相关。然而，传统检测方法往往忽略细胞内GSH分布的异质性，难以在单细胞层面深入揭示疾病进程。同时，植入式电极在复杂细胞内环境中面临严重的生物污染问题，非特异性吸附会显著降低检测灵敏度与稳定性。
针对上述挑战，本研究开发了一种抗污染纳米电化学传感器，通过一步电聚合策略将磺化钴酞菁（CoPcS） 与两性离子聚（多巴胺-co-磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯）（PDASB） 层集成于碳纤维电极（CFE）表面，用于单细胞内GSH的可靠检测。其中，CoPcS通过酞菁环与碳表面的π-π堆叠吸附于电极表面，借助中心Co²⁺与硫醇基团的特异性配位实现GSH的高选择性电催化氧化；PDASB层则作为水化屏障，有效减少蛋白质等生物分子的非特异性吸附。实验结果表明，该传感器在10 mg/mL BSA中孵育2小时后仍保留90%以上的初始电化学信号，展现出优异的抗污染性能。在单细胞分析中，该纳米传感器成功区分了A549细胞与HeLa细胞内GSH水平的差异，并准确响应了药物诱导的细胞内GSH波动，为揭示细胞异质性和探索疾病发病机制提供了有力工具。
研究亮点
一步电聚合构建双功能传感界面：采用简单快速的一步电化学共聚方法，将DA与SBMA共聚形成PDASB层，同时实现CoPcS的固定，避免了传统多步化学接枝的繁琐流程，显著提升制备效率并保持电极电化学活性。
CoPcS提供高选择性电催化识别：磺化钴酞菁通过中心Co²⁺与GSH硫醇基团的特异性配位，实现对GSH的高效电催化氧化，有效区分GSH与Cys、GSSG等结构类似物，选择性优异。
两性离子聚合物赋予卓越抗污染能力：PDASB层通过形成稳定水化层，有效抵抗蛋白质等生物分子的非特异性吸附。在10 mg/mL BSA中孵育2小时后信号保留率超90%，在细胞裂解液、FBS/DMEM、HSA/DNA/DMEM等复杂介质中电流保持率均高于91%。
实现单细胞水平GSH异质性分析：纳米传感器可精确插入单个活细胞，成功区分A549与HeLa细胞内GSH水平差异，并实时监测NEM（消耗GSH）和NAC（上调GSH）诱导的细胞内GSH动态波动。
图文解析
Scheme. 1 | 用于单细胞内GSH波动原位监测的纳米电化学传感器示意图。(A) PDASB/CoPcS/CFE的制备过程；(B) 单细胞水平下传感界面上的GSH原位监测。
Fig. 1 | (A) 裸CFE和(B) PDASB/CFE的SEM图像；(C) CFE和PDASB/CFE的XPS谱图；(D) PDASB/CFE的S 2p高分辨XPS谱；(E) CFE、PDA/CFE和PDASB/CFE的CV曲线；(F) CFE、PDA/CFE和PDASB/CFE的EIS阻抗谱。
Fig. 2 | (A) GCE和(B) PDASB/GCE的接触角测量；(C) CFE、PDA/CFE和PDASB/CFE在10 mg/mL BSA中孵育后的电流比率；(D) 加入100 mg/mL BSA后CFE、PDA/CFE和PDASB/CFE的计时电流响应。
Fig. 3 | (A) 裸CFE、CoPcS/CFE和PDASB/CoPcS/CFE的CV曲线；(B) CFE和PDASB/CoPcS/CFE在10 mM GSH中的CV曲线；(C) 对不同浓度GSH的DPV响应；(D) 对应的标准曲线；(E) 选择性评估；(F) 第1圈和第20圈CV曲线；(G) 储存稳定性；(H) pH依赖性；(I) 重复使用性。
Fig. 4 |(A) Calcein-AM/PI染色的A549细胞明场与荧光图像（含靶向、穿膜、撤出过程）；(B) Hoechst 33342染色的A549细胞在传感器插入前后的明场与荧光图像；(C) 裸CFE、PDASB/CFE和PDASB/CoPcS/CFE对细胞内GSH的DPV响应；(D)(E) 纳米传感器对20个单个A549细胞和HeLa细胞中GSH监测的电流响应。
Fig. 5| (A) A549和HeLa细胞中GSH检测电流响应的统计分析；(B) 对照组、NEM处理和NAC处理的A549细胞中GSH检测电流响应的统计分析。
研究结论
本研究提出了一种简便高效的界面构建策略，通过在碳纤维电极表面依次组装CoPcS电催化剂和两性离子PDASB抗污染层，成功构建了可用于单细胞内GSH可靠监测的纳米电化学传感器。CoPcS通过π-π堆叠吸附于电极表面，借助中心Co²⁺与硫醇基团的特异性配位实现GSH的高选择性电催化氧化；PDASB层则通过一步电化学共聚DA与SBMA制备，其形成的水化层有效抵抗蛋白质等生物分子的非特异性吸附，同时其多孔结构允许GSH分子向CoPcS扩散，确保催化活性与抗污染性能的协同发挥。实验结果表明，该传感器在10 mg/mL BSA中孵育2小时后仍保留90%以上初始信号，在细胞裂解液、FBS/DMEM及HSA/DNA/DMEM等复杂介质中电流保持率均高于91%，并具备良好的储存稳定性（7天后保留91.6%）和操作稳定性（连续20圈CV曲线高度一致）。在单细胞分析中，该纳米传感器成功区分了A549细胞与HeLa细胞内GSH水平的显著差异，并准确监测了NEM诱导的GSH下调和NAC诱导的GSH上调，展现出优异的生物相容性和微创性。该纳米传感平台为揭示细胞异质性、深入理解细胞内氧化还原防御机制以及推动疾病精准诊断提供了一种有前景的技术工具。
免责声明：原创仅代表原创编译，水平有限，仅供学术交流，如有侵权，请联系删除，文献解读如有疏漏之处，我们深表歉意。
公众号丨智能传感与脑机接口
