电化学发光（ECL）是一种电化学反应诱导的高能电子转移的化学发光现象。因为基于ECL的分析方法具有背景低、可控性高和线性范围宽等优点，所以这种发光技术被广泛用于临床生理标志物的分析检测。然而传统的ECL分析方法所使用的仪器只能够分析电极表面所有材料在全光谱波段的总体光强，因此这种仪器只能够允许建立基于ECL光强的宏观分析方法。扬州大学马诚博士和南京大学朱俊杰教授等合作开发的高时空分辨率的ECL显微成像技术，能够从微观尺度研究ECL发光行为。ECL显微镜是一种无需激发光源的显微成像技术，这种极低的光学背景赋予其较高的成像信噪比。不同于其它众多光学成像技术中采用的光谱学成像方法，由于ECL发光来自于电化学反应过程中所产生的激发态发射体，因此这种成像方法能够直接反映出局部电化学反应速率。利用自主设计的ECL显微成像平台，相继开发了静电吸附调控、光热调控、超声调控多模式成像方法，实现单个纳米药物载体蛋白冠的形成动力学研究（Angew. Chem. Int. Ed. DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202308950）、单个悬浮细胞膜蛋白成像（Chem. Sci. DOI: 10.1039/d3sc02298f）和原位调节界面发光层厚度和强度（Anal. Chem. 2023, 95, 9687−9696）。

在单个纳米蛋白冠研究方面，扬州大学马诚博士和南京大学朱俊杰教授、姜立萍教授共同开发了吸附调节单颗粒电化学发光显微成像技术。基于前期国家重大科研仪器项目所搭建的平台，在相继开发单颗粒碰撞（Chem. Sci., 2018, 9, 6167）、单颗粒闪烁（Nano Lett. 2020, 20, 5008）、单细胞成像（Angew. Chem. 2021, 60, 4907，Chem. Sci., 2022, 13, 13938）等基础上，通过利用发光分子与蛋白分子在粒子表面的竞争吸附作用，以对粒子表面的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动力学的研究。

实验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，并且排除了其它组分可能造成的干扰。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。 

在光热增强ECL显微镜研究细胞膜蛋白方面，扬州大学马诚、南京大学朱俊杰教授和安徽大学毛昌杰教授合作，共同开发了一种具有空间选择性的局部热增强ECL显微镜（HT-ECLM）。该显微镜基于一个微米级别的激光加热点，在加热点处，可以观察到ECL信号的显著增强，最高可达63倍，同时发现Ru(bpy)₃²⁺/TPA体系的触发电压提前了0.2 V。将该方法用于对悬浮细胞CEM表面膜蛋白成像的实验中，可以观察到CEM细胞的成像对比度得到增加，平均增强程度达20.5倍。结合实验和模拟，这种局部热增强的ECL现象（HT-ECL）产生原因主要是温度升高导致反应速率的上升、扩散系数的增加，同时温度梯度还促使对流的出现，进一步促进反应物之间的碰撞。在这之中，局部对流对信号增强的贡献最大，扩散次之，最后是电子转移速率的影响。相关工作以题为“Site-Selective Heat Boosting Electrochemiluminescence for Single Cell Imaging”的论文发表在英国皇家化学会旗舰期刊Chemical Science上。 

此外，马诚课题组开发了一种原位策略，通过在ECL检测器和显微镜中引入超声探针来灵活调节ECL强度和发光层厚度（TEL）。通过观察超声辐射对不同ECL反应路径的影响发现超声对ECL的影响显示出特异性：在催化ECL反应路径下，超声引起的机械震荡造成电化学反应过程中传质的增加，空化作用对电活性表面积的影响以及原位清洁效应的共同作用下对ECL信号进行了放大，且信号放大倍数达到了1.2-4.7；而在氧化还原ECL反应路径下，超声辐射引起了ECL信号的降低。通过自搭建的ECL显微成像设备观察了这两种ECL反应路径下TEL的变化，并辅助comsol模拟进一步解释说明不同ECL反应路径下超声对ECL强度和TEL变化存在差异的原因，并且模拟结果与实验结果相一致。使用电沉积Au NPs的铟锡氧化物（ITO）电极记录到了超声辐射下更加稳定的电信号以及增加的ECL信号，表明了超声对电极的原位清洁能力对ECL信号的改善。相关成果以“In Situ Ultrasound Irradiation for Regulating the Electrochemiluminescence Intensity and Layer”为题发表在Analytical Chemistry上（Anal. Chem. 2023, 95, 9687−9696）。论文第一作者是扬州大学2021级硕士生张之琛。  

论文信息：

An In Situ Investigation of the Protein Corona Formation Kinetics of Single Nanomedicine Carriers by Self-Regulated Electrochemiluminescence Microscopy

Zejing Xing, Xiaodan Gou, Li-Ping Jiang*, Jun-Jie Zhu* and Cheng Ma*

Angewandte Chemie International Edition, 2023, DOI: 10.1002/anie.202308950

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202308950

Site-Selective Heat Boosting Electrochemiluminescence for Single Cell Imaging

Xiaodan Gou, Yiwen Zhang, Zejing Xing, Cheng Ma*, Changjie Mao*, Jun-Jie Zhu*

Chem. Sci., 2023. DOI:10.1039/D3SC02298F

论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/sc/d3sc02298f

In Situ Ultrasound Irradiation for Regulating the Electrochemiluminescence Intensity and Layer

Zhichen Zhang, Yujing Zhu, Zejing Xing, Jing Li, Qin Xu, Jun-Jie Zhu, Cheng Ma^*

Anal. Chem. 2023, 95, 9687−9696

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.3c01718