单细胞氧化还原代谢的变化，不仅有助于揭示细胞异质性，还能为预测细胞命运决策和疾病进展提供关键信息。传统单细胞分析方法在监测氧化还原代谢方面存在诸多不足。纳米毛细管作为一种主流的分析工具，为单细胞分析提供了灵活性和高空间分辨率的优势。然而，由于纳米尖端的尺寸和高曲率变化带来的技术难点，传统纳米毛细管修饰方法存在诸多问题，如静电组装法，难以实现可控的纳米颗粒组装，导致SERS信号灵敏性和重复性差，而无法用于单细胞的氧化还原代谢监测。

  前期，杭州师范大学材料与化学化工学院黄又举教授团队提出了一种超疏水力诱导的超快速(5秒)界面纳米粒子宏观单层自组装的纳米薄膜工程化技术，并实现了纳米粒子超晶格自组装(Science Advances, 2021, 7, eabk2852；Journal of the American Chemical Society, 2025, 147,10369)。纳米粒子宏观单层膜可成功共形无损转移到纳米毛细管表面，使其具有高密度、高均匀性SERS活性热点，确保了SERS信号灵敏度和重复性。通过进一步修饰氧化还原响应探针，实现了对单细胞氧化还原代谢的高灵敏度和高重复性检测。

  2025年6月19日，相关研究工作以“Plasmonic Nanoparticle Monolayer-Decorated Nanopipette Enabling in Situ Monitoring of Single-Cell Redox Metabolism”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上（2025, DOI: 10.1002/anie.202502129）。

图1 等离激元纳米颗粒单层膜修饰流程和单细胞监测示意图

  与传统方法相比，这种设计能够提供更窄的纳米间隙和更丰富的热点分布，从而显著提高了SERS检测的灵敏度。同时，该方法还具备快速修饰（约5 min）、高信号重复性（RSD仅为7.5%）等优势。得益于探针的氧化还原可逆响应性和SERS活性纳米毛细管的优异检测性能，该方法可同时检测六种氧化还原分子，包括谷胱甘肽、半胱氨酸、抗坏血酸、羟基自由基、次氯酸和过氧化氢，且检测限满足单细胞分析需求。这种多分子同时检测的能力为全面评估细胞内的氧化还原状态提供了可能，有助于深入理解细胞在不同生理和病理条件下的氧化还原动态变化。

图2 本方法与传统方法纳米颗粒修饰纳米毛细管的效果对比。

  此外，利用该技术对单细胞铁死亡过程中的氧化还原代谢和细胞膜损伤进行了深入研究。铁死亡是一种铁依赖性的非凋亡细胞死亡方式，涉及脂质过氧化、氧化应激以及细胞膜完整性损伤。通过同时进行光信号和电信号记录，本研究揭示了不同铁死亡诱导剂对细胞氧化还原代谢和细胞膜完整性的影响，为深入理解铁死亡的分子机制提供了新的视角。该工作不仅推动了单细胞分析技术的发展，也为深入研究氧化还原代谢相关生理和病理过程提供了有力工具。

  该工作第一作者为杭州师范大学博士后江蕾博士、华东理工大学博士研究生赵梦琪，通讯作者为杭州师范大学黄又举教授和华东理工大学李大伟教授，杭州师范大学为第一单位。该工作得到了国家自然科学基金（22304042、22176058、52222316）及中央高校基础研究基金（222201717003）等项目的支持。

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202502129

作者简介

通讯作者黄又举教授简介

黄又举，教授，博士生导师，国家优青，杭州师范大学材料与化学化工学院副院长。2010年博士毕业于中国科学技术大学，师从李良彬教授。2010-2014年在新加坡南洋理工大学做博士后。2014-2019年在中科院宁波材料所工作，任副研究员/项目研究员。2017-2018年，在德国马普所高分子所做访问学者。2019年9月入职杭州师范大学，组建纳米生物传感器关键材料团队。长期从事纳米生物传感器探针材料基础及应用研究，提出了智能高分子调控“纳米晶核补丁”策略，量身定制出30多种高效可医用探针材料；发展了探针材料的智能多功能表面修饰策略，实现了不同维度（1D、2D和3D）的宏观可控自组装，揭示了探针材料与传感器性能内在关联性；研发了系列高性能纳米生物检测技术，探索了在食品安全和医疗领域的产业化应用。以第一/通讯作者在Science Advances, Journal of the American Chemical Society, Angewandte Chemie International Edition, Advanced Materials, Chemical Society Reviews等期刊上发表SCI论文100余篇。被引用11000余次，H因子为55。授权中国和美国发明专利35件。主持科研项目20余项，包括6项国家自然科学基金。获首届浙江省青年科技英才奖（2021年）和浙江省自然科学二等奖（2023年，第一完成人）。入选浙江省海外高层次人才引进计划（2016年）和国家自然基金委优秀青年项目（2022年）。

通讯作者李大伟教授简介

李大伟，教授，博士生导师，华东理工大学化学与分子工程学院副院长。2000年获郑州工业大学环境工程专业学士学位，2008年获大连理工大学环境工程专业博士学位，2009年进入华东理工大学化学与分子工程学院开展博士后研究，2011年留校任教至今，期间于2015年赴美国密歇根大学化工系访学，2017年入选上海市浦江人才计划，现为华东理工大学化学与分子工程学院教授、博士生导师、副院长，中国分析测试协会理事，高校分析测试分会常务委员，主要从事表面增强拉曼光谱分析研究，在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等国际著名学术期刊上发表SCI论文100余篇，授权发明专利10余项；主持承担国家及省部级科研项目10余项，获中国分析测试协会科学技术奖特等奖1项（第三完成人）。

第一作者江蕾博士简介

江蕾，杭州师范大学-中南大学联合培养博士后。从事功能化贵金属纳米结构的设计合成，表面增强拉曼光谱灵敏快速分析平台的构建和生物活性分子的超灵敏抗干扰分析。相关研究工作以第一作者在Angewandte Chemie International Edition, Advanced Science, Analytical Chemistry, Biosensors& Bioelectronics等国际知名期刊发表SCI论文9篇。曾获国家奖学金，校优秀毕业生等荣誉，现主持国家自然科学青年基金项目1项。