2019年, 第31卷, 第4期　刊出日期：2019-12-10

  

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综述
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  纳米生物传感器在外泌体分离检测中的应用进展

  王晓杰, 白璐, 付珂鑫, 张裕英, 谢微

  光散射学报. 2019, 31(4): 291-305. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201904001

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  外泌体是细胞分泌的含有脂质、蛋白质、核酸的小囊泡,参与多种生理或病理过程,被认为是细胞间信息传递的载体,可作为液体活检的重要标志物进行疾病诊断与预后。随着纳米材料可控合成及表面修饰技术的日益完善,基于纳米材料制备的生物传感器在检测细胞、蛋白质、核酸等方面呈现出独特的优势。本文从外泌体分离及检测两大方面,综述纳米生物传感器的最新进展,并对其在外泌体研究领域的应用前景作出展望。
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  仿生表面增强拉曼散射基底的制备及其生物分析应用

  聂阿秀, 吕志成, 王文静, 朱媛媛, 李晋杰, 韩鹤友

  光散射学报. 2019, 31(4): 306-316. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201904002

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  经过数十亿年的进化和发展,自然界中的动植物体表面形成了规则的微/纳米结构和奇特功能。仿生表面增强拉曼散射(Surface enhanced Raman scattering, SERS)基底是以动植物体表面固有的规则结构或与动植物体性能相似的材料为基础而制作的基底,自发现以来,已成为SERS基底制备领域的研究热点,为解决传统SERS基底形貌和结构不均一、重现性差的问题提供了新的思路。本文介绍了仿生SERS基底及其制备方法,总结了仿生SERS基底在生物分析等方面的应用,并对其在今后的发展做了初步的展望。
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  细胞氧化应激过程中几种关键分子的SERS检测方法

  岳静, 申燕婷, 王佳琪, 徐蔚青, 徐抒平

  光散射学报. 2019, 31(4): 317-325. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201904003

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  细胞的氧化过程与癌症、心血管疾病、神经退行性疾病、糖尿病等多种疾病的发展密切有关。针对氧化反应发生,细胞产生应激反应。这一系列刺激响应过程中会产生一些关键性分子,例如活性氧簇分子(ROS)等。对这些关键分子的分析检测不仅可以有助于理解这些分子在过程中扮演的重要角色,更是对疾病的发生和发展规律有深入的理解。本文重点汇总了分析和检测细胞内氧化应激关键分子所采用的表面增强拉曼光谱(SERS)技术,从SERS方法的设计策略出发,对现有方法归类总结,枚举了多项中国同行的研究工作,并展望了其未来发展方向。
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  纳米酶表面增强拉曼研究进展

  金静, 马骁玮, 宋薇, 赵冰

  光散射学报. 2019, 31(4): 326-335. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201904004

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  纳米酶是一类既有纳米材料的独特性能,又有催化功能的模拟酶,而表面增强拉曼散射(SERS)是由于一些分子吸附在粗糙金属纳米粒子或其他具有增强性能的纳米材料表面引起的拉曼信号被极大增强的现象,二者有一定的共性。除了贵金属、双金属纳米酶SERS基底的SERS增强来源于电磁场增强机制以外,SERS纳米酶复合材料基底的SERS增强机制一般为电磁场增强与化学增强共同起到作用。由于纳米酶是以纳米材料为基础的催化材料,而SERS基底材料也依赖于纳米材料,纳米酶SERS基底材料的构筑需要协同材料的类酶催化和SERS两个方面的活性。然而SERS活性基底材料的引入有可能会减少催化剂表面催化中心位点,降低催化效率,还会由于被催化分子在催化活性材料与SERS活性材料上的吸附性能不同造成SERS检测信号不能真实反映催化反应的真实进程,很大程度上限制了SERS技术对于催化监测的应用。因此对于纳米酶SERS基底来说,其有效的设计构筑来协同复合材料的催化与SERS活性对于纳米酶催化体系研究具有重要的意义。纳米酶SERS基底材料对于SERS技术在环境监测、食品安全、生物医学等领域应用具有重要的意义。基于特异性分子或者离子对于纳米酶催化反应的刺激响应,可以间接检测一些无拉曼散射截面的小分子,重金属离子和生物分子等,而这些分子本身是无法通过与基底的作用而直接被检测出来,对于这些分子的检测助于推进表面增强拉曼技术的普适化应用。纳米酶SERS基质材料的研究在理论和实际应用中具有重要价值,在催化机理、监测以及超敏生物传感领域具有广阔的前景。
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  基于拉曼光谱的快速细菌诊断

  杨凯, 李弘哲, 朱永官, 崔丽

  光散射学报. 2019, 31(4): 336-345. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201904005

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  致病菌一直被认为是对公共卫生最严重的威胁之一。随着抗生素耐药性在全球范围的出现和蔓延,耐药致病菌的健康威胁进一步加剧。对致病菌的快速识别及其抗生素药物敏感性的快速检测,对高效诊断和治疗相关疾病至关重要。拉曼光谱可以提供致病菌的指纹图谱信息,是一种非常有前景的细菌快速鉴定及抗生素药敏检测工具。本文综述了基于单细胞拉曼光谱和表面增强拉曼光谱进行致病菌快速诊断的最新研究进展,包括细菌快速鉴定、细菌药敏性快速检测、临床样品前处理与细菌分离方法、谱图分析的化学计量学方法等,并对该领域未来的发展进行了展望。
化学和生物研究中的应用
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  拉曼/荧光双响应复合纳米粒子在细胞成像中的应用

  周延玲, 方会超, 宋雨琪, 张悦, 王丰, 杨海峰

  光散射学报. 2019, 31(4): 346-352. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201904006

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  制备了负载抗癌药物阿霉素(DOX)并且具有表面增强拉曼散射(SERS)响应和荧光响应的复合纳米粒子。SERS成像和荧光成像结果表明纳米粒子可以成功被人结肠癌细胞(HT-29)内吞,并且DOX可以在细胞中释放。复合纳米粒子外层聚乙烯亚胺(PEI)膜层结构具有pH响应,可以加大DOX在不同pH环境的释放差异,达到药物控制释放的目的。这种复合纳米粒子模型在细胞成像、肿瘤药物研发等领域具有潜在应用价值。
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  溶剂诱导的金纳米哑铃液液界面组装用于人体尿液中毒品SERS检测

  沈薇, 周亮, 董荣录, 余道洋, 唐祥虎

  光散射学报. 2019, 31(4): 353-360. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201904007

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  本文开展了基于表面配体交换后溶剂诱导的金纳米哑铃液液界面组装及其用于人体尿液中毒品的SERS检测研究。利用配体交换的金纳米哑铃在诱导溶剂的作用下,在有机相和水相界面自组装成大面积的单层界面薄膜,同时结合对人体尿液中毒品进行快速分离和提纯的方法,解决纯化后有机相与SERS基底的相容性,在基底液液界面组装的同时实现对待测体系毒品分子的界面富集,并进行界面处的原位SERS检测。该方法灵敏度高、检测速度快,可用于公安及司法部门的疑似含毒品人体尿液的高通量检测。
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  尿液中抗肿瘤药物6-巯基嘌呤的表面增强拉曼光谱检测研究

  汪永韬, 黄光耀, 李盼, 王宏志, 杨良保

  光散射学报. 2019, 31(4): 361-366. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201904008

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  本文利用表面增强拉曼光谱(Surface-Enhanced Raman Spectroscopy,SERS)技术实现了抗肿瘤药物6-巯基嘌呤(6-MP)的灵敏检测。利用种子生长法合成了粒径为62~68 nm,形貌均一的聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂的金纳米颗粒(PVP-AuNPs),采用扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见(UV-vis)吸收光谱对纳米单元形貌结构和均一性进行表征。PVP-AuNPs 作为SERS活性基底,能够实现10^-6 mol/L量级6-MP的灵敏检测,在经前处理后的尿液中6-MP的检测限可达10^-4 mol/L。
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  基于表面增强拉曼光谱的碱性磷酸酶活性检测方法研究

  江蕾, 甘振飞, 陈华英, 常帅, 李家宾, 李大伟

  光散射学报. 2019, 31(4): 367-372. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201904009

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  碱性磷酸酶(ALP)是一种重要的酶类生物标志物,其非正常表达与肝功能紊乱、骨病等疾病联系紧密。本研究建立了一种基于表面增强拉曼光谱(SERS)的ALP活性检测新方法,该方法合成了探针分子B-MDP,并利用探针分子磷酸根可被ALP催化水解为酚羟基从而引起SERS谱图明显变化的机制,完成ALP活性的分析检测。得益于SERS技术能够提供分子指纹谱图以及催化反应特异性的复合优点,B-MDP对ALP具有高选择性;同时,该方法可在ALP活性为0.01~0.5 mU/mL和0.5~10 mU/mL范围内呈现良好的线性关系,检出限为3 μU/mL。此外,该方法对血清样品中ALP的加标回收率为98.98%~109.74%,利用该方法也可进行Na₃VO₄对ALP活性的抑制能力评估。结果表明,该方法选择性好、灵敏度高、线性范围宽,可为ALP相关疾病的诊断及其抑制剂筛选提供新的分析方法参考。
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  白血病融合基因 (b3a2) SERS光谱超灵敏检测研究

  王运燚, 林学亮, 许云超, 谢佳文, 秦添俤, 黄鋆, 黄慧芳, 冯尚源

  光散射学报. 2019, 31(4): 373-380. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201904010

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  在慢性髓系白血病(CML)人体内,会出现融合基因并产生相应的蛋白质,这些蛋白质具有激酶功能,严重影响细胞的代谢,并导致细胞周期异常,最后恶化成癌细胞。BCR-ABL融合基因(b3a2)在临床上可作为慢性髓性白血病的诊断标志物,但目前临床检测方法存在灵敏度和特异性低等缺陷。本研究采用硅烷偶联剂修饰二氧化硅片,并使其质子化,吸附合成的带负电的银纳米粒子(AgNPs),最终通过银和氨基行成化学键牢固组装在二氧化硅片上构建二维表面增强拉曼光谱(SERS)基底。接着通过修饰在带正电的AgNPs的信号链和修饰在SERS基底的捕获链一起结合BCR-ABL融合基因(b3a2),信号链上有Cy5拉曼标记分子,通过检测Cy5的拉曼光谱信号实现对BCR-ABL融合基因(b3a2)定量检测。实验结果表明,本研究可以实现BCR-ABL融合基因(b3a2)的高灵敏度、特异性检测,检测限可达到42.28 fmol/L。本方法为临床上超灵敏检测BCR-ABL融合基因提供了一个潜在方案,可以很好的解决临床上检测灵敏度低与特异性弱等问题。
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  新型烛煤超疏水界面辅助的干态SERS快检技术及其应用

  马骏戎, 朱伟, 沈爱国

  光散射学报. 2019, 31(4): 381-386. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201904011

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  制备一种烛煤超疏水界面材料,利用其超疏水和光热性质,建立了一种快速、简便和重现性好的干态SERS快检技术。待测体系与拉曼增强溶胶均匀混合后,以液滴的形式滴在烛煤表面,经808 nm激光短暂(<8 min)照射,区别于常见液滴在平面上蒸发过程中出现的“咖啡环”效应,上述混合相的溶质(包括待测分子和溶胶颗粒)高度聚集于液滴中心直至干态,用作SERS检测。检测结果表明,使用该技术检测食品和环境水体中的常见痕量有机物,如结晶紫、三聚氰胺、孔雀石绿和苯胺的检测限分别为0.1 nM、10 ppb、1 ppb和10 ppb,且具备较高的重现性(相对标准偏差接近10%)。此外,若使用合适的激发光,烛煤优良的光热性质使得干态SERS快检无需额外的干燥设备,方便快捷。这种烛煤辅助的干态SERS检测技术能与常见的萃取技术联用,将在食品、环境的快速检测领域具有极大优势与应用前景。