供稿：張雨晴

編輯：Chen

導讀：近日，上海交通大學葉堅教授團隊開發(fā)了一種新型拉曼探針（P-GERTs），尺寸僅為70nm左右，依然可實現(xiàn)拉曼信號的整體增強和成像速度的大幅提高，為突破SERS生物成像發(fā)展瓶頸，實現(xiàn)快速超靈敏生物成像開辟新機。

SERS生物成像技術的發(fā)展前景與瓶頸

得益于表面增強拉曼散射(SERS)技術靈敏度高、分辨率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點及其“探針”所*的指紋圖譜（高特異性）和超窄線寬（多指標檢測）優(yōu)勢，SERS技術在生物體內成像方面表現(xiàn)出廣闊的前景，目前臨床腫瘤的治療手術中，利用拉曼成像檢測腫瘤邊緣和殘留微小腫瘤就是重要應用之一。

然而，現(xiàn)有的SERS成像速度遠遠落后于臨床需要，通常需要幾十分鐘甚至幾小時才能獲得一個大范圍的拉曼活體圖像。其中影響SERS成像速度的重要因素之一便是SERS探針的整體拉曼信號不夠強。

Tips： SERS探針的信號強度和成像速度很大程度上取決于探針電磁場熱點區(qū)域（hot spots）的信號分子數(shù)量。常用增強信號強度的策略是通過控制探針的形貌，使其具有一些或者粗糙表面來形成電磁場熱點區(qū)域；或者通過在金屬納米結構表面或內部引入納米縫隙來有效地構建電磁場熱點。但大多數(shù)都不能產生均勻且穩(wěn)定的SERS信號增強。

研究人員一般通過改變探針形貌來提高SERS探針信號強度，但大多數(shù)都不能產生均勻且穩(wěn)定的SERS信號增強。而且這類探針尺寸相對較大，通常在100-200 nm之間，應用于生物成像領域，會降低探針在體內的血液循環(huán)時間，影響探針的體內分布情況和代謝動力學，不利于體內的靶向識別、成像和檢測等應用的實現(xiàn)。

因此，如何獲得尺寸較小、且可實現(xiàn)信號強度和成像速度大幅提高的探針，成為研究人員面臨的重要課題。

新型探針突破SERS生物成像發(fā)展瓶頸

近日，上海交通大學葉堅教授團隊便開發(fā)出了這樣一款強大探針——新型的、外殼為花瓣狀結構的“多熱點”縫隙增強拉曼探針（P-GERTs），尺寸僅為70 nm左右，且同時實現(xiàn)了拉曼信號的整體增強和成像速度的大幅提高，為突破目前SERS生物成像發(fā)展瓶頸，實現(xiàn)快速超靈敏生物成像開辟了新機。

葉堅教授團隊采用將拉曼信號分子同時嵌入核殼顆粒內部和外部花瓣狀結構之間的亞納米縫隙這一方法制得探針，表征發(fā)現(xiàn)該探針能夠大程度地提高單顆粒上報告分子的吸附量，實現(xiàn)*的拉曼信號。

此外，研究人員還可以通過調節(jié)內嵌的拉曼信號分子數(shù)量，來調節(jié)探針的形貌和SERS性能；或通過改變外部拉曼信號分子的種類，獲得多種信號探針以實現(xiàn)多重檢測和成像。

實驗結果驗證

為了進一步驗證P-GERTs探針的信號強度和成像速度，研究人員對實驗結果進行了進一步表征。

研究人員使用HORIBAXploRA INV拉曼成像光譜儀和NanoRaman系統(tǒng)對P-GERTs探針的拉曼增強效果進行表征，發(fā)現(xiàn)：P-GERTs拉曼信號增強因子高達5 × 10⁹，相較于常見的拉曼探針提高了1-3個數(shù)量級，實現(xiàn)了*的拉曼信號。

結合HORIBA拉曼成像技術（Duoscan成像模式和Swift數(shù)據(jù)處理方式），研究人員進一步發(fā)現(xiàn)成像單點采集時間僅為0.7 ms /像素，成像速度大幅提升。在低至370 uW功率時6秒內就獲得高分辨單細胞拉曼成像（2500個像素），52秒內獲得高對比度大范圍（3.2 × 2.8 cm²）的小鼠活體前哨淋巴結拉曼成像，表現(xiàn)出良好的信號均一性和光穩(wěn)定性。 

“多熱點”縫隙增強拉曼探針結果圖

a) 示意圖；b) 單細胞透射電鏡圖；c) 明場圖

d) 高分辨快速拉曼成像圖 (50×50像素)

e) 高對比度大范圍 (3.2×2.8cm²) 的小鼠活體前哨淋巴結拉曼成像

上海交通大學葉堅教授團隊的這項研究結果表明：P-GERTs作為超亮和超穩(wěn)定的SERS探針，為克服目前SERS生物成像發(fā)展瓶頸，實現(xiàn)高速、高對比度超靈敏的細胞和生物組織成像提供了新機會。

文章作者&論文直達

文章作者：Yuqing Zhang, Yuqing Gu, Jing He, Benjamin D. Thackray, Jian Ye*

題目&雜志：Ultrabright gap-enhanced Raman tagsfor high-speed bioimaging. Nature Communications, 2019, 10, 3509.

致謝：葉堅課題組提供論文

注：如果您對本報道的研究方法感興趣，希望聯(lián)系作者，或者想對本研究拉曼光譜測試方法一探究竟，歡迎點擊“閱讀原文”留言，我們的拉曼應用專家將樂于為您提供解答服務。

今日話題

表面增強拉曼散射(SERS)技術應用廣泛，那么具體應用有哪些呢？歡迎您分享科研過程中與SERS技術相關的內容。

我們會在下次前沿應用專欄中分享給大家，本文發(fā)出后3個工作日內留言獲贊多的讀者我們還將送出星巴克咖啡券一份哦。?

>>>> 

點擊查看更多往期精彩文章         

• 拉曼與統(tǒng)計分析神助攻，復旦破譯PM2.5重要成分 | 前沿用戶報道

• 清華大學魏飛團隊實現(xiàn)一步法制備純度99.9999%半導體碳納米管陣列

• 嚴峻環(huán)境下的自救——探尋端氣候下的生命存續(xù) | 前沿應用【上篇】

• 發(fā)現(xiàn)生命的軌跡——化石中的碳元素分析 | 前沿應用

• 地底深處的生命探索——礦物中的化學反應分析 | 前沿應用【下篇】

• 瞪你一眼，就能“看透”你 | 用戶動態(tài)

• 青島能源所實現(xiàn)毫秒級單細胞拉曼分選，"后液滴"設計功不可沒|前沿用戶報道

• 表面增強共振拉曼光譜探究細胞色素c在活性界面上的電子轉移

• 新型熒光探針——細胞膜脂變化無所遁形!

• 復旦巧用增強拉曼“識”霧霾 | 前沿用戶報道

• 1+1≥3，AFM-Raman 材料表征新技術！——附新相關論文

>>>> 免責說明

HORIBA Scientific公眾號所發(fā)布內容（含圖片）來源于文章原創(chuàng)作者提供或互聯(lián)網(wǎng)轉載，文章版權、數(shù)據(jù)及所述觀點歸原作者原出處所有。HORIBA Scientific 發(fā)布及轉載目的在于傳遞更多信息，以供讀者閱讀、自行參考及評述，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點和對其真實性負責。如果您認為本文存在侵權之處，請與我們取得聯(lián)系，我們會及時進行處理。HORIBA Scientific 力求數(shù)據(jù)嚴謹準確，如有任何失誤失實，敬請讀者不吝賜教批評指正。我們也熱忱歡迎您投稿并發(fā)表您的觀點和見解。

>>>> 

HORIBA科學儀器事業(yè)部

HORIBA Scientific 致力于為科研及工業(yè)用戶提供先進的檢測和分析工具及解決方案，如：光學光譜、分子光譜、元素分析、材料表征及表面分析等先進檢測技術，旗下Jobin Yvon光譜技術品牌創(chuàng)立于1819年，距今已有200年歷史。

如今，HORIBA 的高品質科學儀器已經(jīng)成為科研、各行業(yè)研發(fā)及質量控制的，之后我們也將持續(xù)專注科研領域，致力于為用戶提供更好的服務。