离子通道作为一种特殊的转运蛋白，负责调控特定离子在细胞内外的运输，当离子通道的表达或功能发生异常时，可能诱发一系列被称为“通道病”的疾病，对于神经系统病理生理学研究至关重要。然而，如何在原位、高通量条件下获取离子通道动态信息依然面临挑战。

电化学发光（ECL）是一种具有高度可控性和极低光学背景优势的技术。将其与高灵敏度光学检测系统相结合，可构建兼具高通量与高时空分辨率的显微成像策略，实现电化学信息的直观可视化，为生命科学与材料研究提供有力的成像手段。

近日，扬州大学马诚教授、徐琴教授、南京大学朱文磊教授合作，提出了一种可调控的ECL图像模式切换策略，实现对细胞膜上离子通道开关状态的识别。工作发表在国际知名期刊ACS Nano，题目为“Revealing the Ion Channel Switch of the Cell Membrane via Electrochemiluminescence Pattern Transformation”，第一作者为扬州大学化学专业2024届硕士研究生张之琛，目前在南京大学读博。该策略基于细胞膜表面的被动扩散机制，利用离子通道控制的离子流量来调节细胞内发光分子的浓度，从而精确控制发光分子的跨膜运输，驱动ECL信号图像的模式转换。成像模式的转变可直观反映离子通道的功能状态，为细胞膜功能研究及相关疾病机制探究提供了新的可视化分析工具。

作者通过调节体系中的离子强度实现成像模式的转换。高离子强度下，发光分子跨膜扩散受限，仅显现细胞阴影轮廓；降低离子强度后，信号集中于细胞区域，正对比度下细胞结构清晰可见，可更全面揭示细胞信息。

由于细胞膜对不同离子具有差异性通透性，成像模式的转变可反映细胞外阳离子的竞争渗透行为。作者通过更换溶液组成、构建流动体系、测定活细胞物质扩散时间及修饰带电聚合物膜等多种条件，系统验证了该策略的作用机理与影响因素，并建立了ECL成像模式与膜表面物质传输之间的关联。

此外，策略能够灵敏揭示离子通道与其调节剂（包括抑制剂与激动剂）之间的特异性相互作用，表征离子通道的开关状态及离子流向，从而为离子通道靶向药物的筛选与作用机制研究提供了一种高效、可视化的新型分析工具。

论文信息：

Revealing the Ion Channel Switch of the Cell Membrane via Electrochemiluminescence Pattern Transformation.

Zhichen Zhang, Yu-Cheng Li, Shi-Yi Zhou, Zejing Xing, Xiaodan Gou, Lu-Nan Zhang, Yuyang Zhou, Qin Xu*, Wenlei Zhu*, Jun-Jie Zhu, Cheng Ma*
ACS Nano 2025, DOI: 10.1021/acsnano.5c0479

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.5c04799