外泌体（Exosome）是直径大小为30～150 nm的膜性囊泡, 包裹DNA/RNA, miRNA, 蛋白质和脂质等多种物质并参与微环境中的生物信息传递, 是理想的癌症生物标志物, 在液体活检领域具有重要的应用潜力, 有望成为癌症快速检测的手段之一。 表面增强拉曼光谱（SERS）是分子振动光谱, 可从分子水平上探测物质的精细结构和信息变化, 具有“指纹图谱”的特征。 采用差速离心结合超速离心的方法获得乳腺癌细胞来源的外泌体, 以金溶胶为增强基底, 收集外泌体及其母细胞的SERS图谱, 结合多元统计分析, 进行乳腺癌细胞的快速鉴别与区分。 研究结果表明, 乳腺癌细胞及其外泌体在500～1 600 cm-1波段范围内有特征拉曼信号, 采用非标记检测所获得的图谱信息是样品“whole-organism fingerprint”整体信号的呈现。 根据外泌体的拉曼表型并结合OPLS-DA分析, 能够100%分辨3种不同类型的乳腺癌细胞。 单细胞SERS检测联合PCA-LDA分析, 区分乳腺癌细胞的准确率为83.7%。 通过比较乳腺癌细胞及其外泌体的拉曼特征图谱发现, 二者在拉曼谱图的波数高度表现一致, 但是外泌体在特征波数上显著增强。 具体体现为在506～569、 1 010～1 070 cm-1等波段二者存在相似性, 但外泌体在735、 963和1 318 cm-1等处的特征信号显著高于细胞。 分析认为外泌体结构比细胞更为简单, 核酸、 蛋白质等生物大分子信息更容易被表征。 同时也提示了通过SERS检测外泌体实现快速鉴定乳腺癌的可行性。 采用非标记、 直接检测, 建立了快速检测单细胞及外泌体的SERS分析技术, 结合多元统计分析能够快速鉴别不同类型的乳腺癌细胞, 并从拉曼组学角度探究了外泌体与母源细胞的关系。 该方法具有非标记、 快速、 灵敏、 准确、 简便的优势, 为乳腺癌的体外快速诊断与筛查提供有效的技术手段, 为临床应用奠定基础。
表面增强拉曼光谱 乳腺癌 外泌体 单细胞分析 快速检测 多元统计分析 Surface enhanced Raman spectroscopy Breast cancer Exosome Single-cellular analysis Rapid detection Multivariate statistical analysis 光谱学与光谱分析
2023, 43(12): 3840
表面增强拉曼光谱(SERS)是目前最灵敏的分析技术之一, 广泛应用于生命科学、 材料科学、 环境科学及分析化学等领域。 SERS基底的特性决定了该技术的实际应用范围, 是推动该技术发展的关键, 高活性SERS基底的制备已经逐渐成为SERS研究领域的热点。 为了获得最佳的拉曼信号, 对具有特殊特性的SERS活性基底的需求一直很大。 柔性SERS基底因具有良好的柔韧性, 3D支架结构和表面可控的孔径大小等独特优势, 在检测化合物和细菌等方面有很好的应用价值。 Nylon(尼龙)柔性膜表面具有分级及多孔交错排列3D结构的特点, 将固相萃取装置与特殊材料Nylon柔性膜相结合, 通过改变金纳米颗粒的附着量以及金纳米颗粒与膜结合次数, 制备了高SERS活性的金纳米-Nylon(Au-Nylon)柔性膜基底。 研究表明, 金纳米颗粒能很好地附着在Nylon纤维上, 纳米颗粒与Nylon柔性膜表面等离子共振耦合作用, 形成金纳米颗粒与Nylon纤维的复合体, Au-Nylon柔性膜基底的等离子共振吸收峰发生蓝移。 首次处理后的Nylon纤维与其所附着的金纳米颗粒形成新的活性截留层, 有助于使再次处理时金颗粒更好地附着在柔性膜表面, 产生SERS“热点”效应, 提高其SERS性能。 利用结晶紫(CV)作为SERS探针分子, 对Au-Nylon柔性膜基底SERS性能进行分析, 发现CV探针分子在Au-Nylon柔性膜基底上的SERS强度随金纳米颗粒的附着量以及金纳米颗粒与膜结合次数而变化。 对于面积为1 cm2的Au-Nylon柔性膜基底, 当单次过滤金溶胶1 mL, 与膜结合2次, 总结合量2 mL时, CV探针分子的SERS信号最强, SERS活性最强。 采用Au-Nylon柔性膜基底对浓度为2.5×10-5, 1×10-5, 1×10-6, 5×10-7及1×10-7 mol·L-1的CV溶液进行的SERS检测, 发现Au-Nylon柔性膜基底对CV探针分子检测极限达1×10-6 mol·L-1, 增强因子达到1.0×104。 此外, Au-Nylon柔性膜基底均匀性较好, 相对平均偏差为11.8%。 Au-Nylon柔性膜基底在微生物检测中, 仍具有良好SERS活性, 对金黄色葡萄球菌的SERS增强效果优于金溶胶。 由此可见, 研究中制备的Au-Nylon柔性具有良好的均一性, 并具有较好的SERS活性, 该方法简单且易批量制备, 无论在化合物检测还是微生物检测中都具有良好的实际应用价值。
表面增强拉曼光谱 Au-Nylon柔性膜基底 柔性基底 Surface-enhanced Raman spectroscopy Au-Nylon flexible film substrate Flexible base
1 北京工业大学环境与生命学部, 北京 100124
2 浙江大学医学院附属儿童医院国家儿童健康与疾病临床医学研究中心, 浙江 杭州 310003
利用共聚焦拉曼光谱技术, 对人工心脏泵不同剪切应力下受到亚损伤的红细胞进行实验研究, 验证拉曼光谱对红细胞亚损伤程度的评估能力, 为血液损伤评价提供了一种新的思路。 实验采集血红蛋白和红细胞的拉曼光谱标准谱图并进行对比分析, 以确定红细胞谱图特征峰的归属。 用血液剪切力试验平台对测试血样施加暴露时间为1 s, 大小分别为0, 50, 100, 150, 200, 250和300 pa的剪切力。 利用共聚焦拉曼仪器, 在10倍长焦物镜, 532 nm激光光源波长, 积分时间10 s, 积分次数2次, 2.5 mW功率下采集剪切应力作用后的红细胞拉曼谱图。 通过归一化的方法对比红细胞的拉曼谱图变化, 评估红细胞亚损伤的程度, 运用曲线拟合方法对特征峰和剪切应力进行拟合, 验证拉曼光谱对红细胞亚损伤的评估能力。 对比血红蛋白和红细胞的拉曼光谱标准谱图发现, 红细胞谱图能够反映血红蛋白的内部结构。 且结果表明, 拉曼光谱法可以用于区分不同剪切应力下亚损伤的红细胞, 推断剪切应力可以透过细胞膜从而影响到其内部的血红蛋白结构。 且随着剪切力的增大, 1 376 cm-1位置左侧谱线呈现明显抬高趋势, 1 549和1 604 cm-1位置的峰强增高, 1 639 cm-1位置的氧浓度标记带ν10振动谱带减弱。 其中1 549 cm-1位置的峰强为亚铁离子高自旋带, 在不同剪切力的作用下, 峰强差异表现最明显, 与剪切应力呈明显的正向线性关系, 拟合效果良好。 拉曼光谱法检测样本处理简单、 耗时短、 操作简便、 重现性好, 且可以精确的检测到细胞内部结构的细微变化, 可以评估红细胞的亚损伤程度, 弥补了传统评价溶血的方法的不足, 为人工心脏泵血液损伤评价提供了新的技术手段, 拓宽了拉曼检测方法的应用领域。
红细胞 血红蛋白 拉曼光谱 血液损伤 剪切应力 人工心脏 Red blood cell Hemoglobin Raman spectroscopy Blood injury Shear stress Artificial heart 光谱学与光谱分析
2021, 41(6): 1811
1 北京工业大学生命科学与生物工程学院, 北京100124
2 欧普图斯（苏州）光学纳米科技有限公司, 江苏 苏州215125
采用快速溶剂提取前处理技术与表面增强拉曼光谱（surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS）检测技术建立豆芽中6-苄基腺嘌呤（6-benzylaminopurine, 6-BA）残留物的快速定量检测方法。 以自发豆芽为空白对照, 通过对梯度浓度的6-BA插标豆芽提取液进行SERS检测发现, 在1 002 cm-1处具有明显的6-BA特征拉曼峰, 且归一化处理后的特征峰峰强与6-BA浓度呈良好的线性关系, 高浓度与低浓度的线性范围分别为0.5～14 μg·mL-1与0.1～2 μg·mL-1, 最低定量检出限为0.02 mg·kg-1, 回收率为82.3%～95.1%, 相对标准偏差小于5%。 该方法重现性较好、 前处理简单、 全程检测耗时短、 设备操作简便, 为市场大规模的快速检测提供了现场、 高效、 灵敏的解决方案。
表面增强拉曼光谱 6-苄基腺嘌呤 快速检测 残留 植物生长调节剂 Surface-enhanced Raman spectroscopy 6-benzylaminopurine Rapid detection Residue Plant growth regulator 光谱学与光谱分析
2012, 32(5): 1266
