拉曼光譜技術(shù)助力分子定量檢測(cè)取得重大突破
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】 在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展中，對(duì)于分子級(jí)別的精確檢測(cè)需求日益增長(zhǎng)。傳統(tǒng)的定量分析方法雖然廣泛，但往往受限于樣品制備繁瑣、檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)和靈敏度不足等問題。而拉曼光譜技術(shù)的崛起，以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，為分子定量檢測(cè)帶來了革命性的突破。
近日，上海交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)近日在國(guó)際頂級(jí)期刊Nature上發(fā)表了一篇題為“通過單分子計(jì)數(shù)進(jìn)行數(shù)字膠體增強(qiáng)拉曼光譜定量檢測(cè)”的研究論文。這項(xiàng)研究標(biāo)志著拉曼光譜技術(shù)在分子定量檢測(cè)領(lǐng)域取得了重大突破，為生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)、物理等多個(gè)領(lǐng)域的研究提供了強(qiáng)有力的工具。
拉曼光譜是一種基于非彈性散射光的分子振動(dòng)光譜技術(shù)，能夠提供分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵合狀態(tài)的信息。由于其對(duì)樣品破壞小、無需特殊標(biāo)記以及能夠在復(fù)雜生物體系中進(jìn)行測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，拉曼光譜在生物分子檢測(cè)方面展現(xiàn)出巨大的潛力。自1928年被印度物理學(xué)家Chandrasekhara Venkata Raman發(fā)現(xiàn)以來，已廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)、生物、地質(zhì)、醫(yī)學(xué)、國(guó)防和公共安全等領(lǐng)域。拉曼光譜的獨(dú)特之處在于，它可以通過譜峰直接判斷對(duì)應(yīng)的分子結(jié)構(gòu)，進(jìn)而識(shí)別具體的分子類型，然而，拉曼信號(hào)的強(qiáng)度通常較弱，限制了其在低濃度檢測(cè)中的應(yīng)用。
為了增強(qiáng)拉曼信號(hào)，科學(xué)家們發(fā)展出了表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)技術(shù)。SERS技術(shù)利用金屬納米顆粒的表面等離子體共振效應(yīng)，可以顯著增強(qiáng)拉曼信號(hào)的強(qiáng)度。然而，隨著SERS研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)在低濃度檢測(cè)時(shí)，拉曼信號(hào)強(qiáng)度存在極大的不可重復(fù)性，這使得SERS技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中面臨挑戰(zhàn)。
上海交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)這一難題，提出了一種全新的解決方案——數(shù)字膠體增強(qiáng)拉曼光譜(dCERS)。dCERS技術(shù)利用膠體納米顆粒，通過單分子計(jì)數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)多種分子(如染料分子、代謝小分子、核酸、蛋白)的定量檢測(cè)。這一技術(shù)不僅提高了檢測(cè)的靈敏度，而且保證了測(cè)量的可重復(fù)性，為SERS技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的推廣奠定了基礎(chǔ)。
研究團(tuán)隊(duì)在論文中詳細(xì)介紹了dCERS技術(shù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析過程。他們首先合成了一種新型的膠體納米顆粒，然后利用這些顆粒對(duì)目標(biāo)分子進(jìn)行標(biāo)記。在激光照射下，這些標(biāo)記了目標(biāo)分子的膠體納米顆粒會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的拉曼信號(hào)。通過單分子計(jì)數(shù)的方式，研究團(tuán)隊(duì)成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)分子的定量檢測(cè)。
值得一提的是，dCERS技術(shù)所采用的膠體顆粒的合成步驟簡(jiǎn)單，易于放大生產(chǎn)，這為其在實(shí)際應(yīng)用中的推廣提供了便利。此外，由于dCERS技術(shù)無需對(duì)目標(biāo)分子進(jìn)行標(biāo)記，這使其在生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用前景尤為廣闊。通過這項(xiàng)技術(shù)，研究人員可以更加精確地檢測(cè)和分析生物分子，從而有助于疾病的早期發(fā)現(xiàn)和治療。
上海交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)在拉曼光譜領(lǐng)域取得的這一重大突破，不僅為分子定量檢測(cè)提供了強(qiáng)有力的工具，也為相關(guān)領(lǐng)域的研究開辟了新的道路。我們期待著這一技術(shù)在未來的研究中發(fā)揮更大的作用，為人類探索未知世界提供更多的可能性。
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