供稿：張雨晴

編輯：Chen

導(dǎo)讀：近日，上海交通大學(xué)葉堅教授團(tuán)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(qiáng)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(jī)。

SERS生物成像技術(shù)的發(fā)展前景與瓶頸

得益于表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)技術(shù)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(biāo)檢測）優(yōu)勢，SERS技術(shù)在生物體內(nèi)成像方面表現(xiàn)出廣闊的前景，目前臨床腫瘤的治療手術(shù)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(yīng)用之一。

然而，現(xiàn)有的SERS成像速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(qiáng)。

Tips： SERS探針的信號強(qiáng)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(qiáng)信號強(qiáng)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(jié)構(gòu)表面或內(nèi)部引入納米縫隙來有效地構(gòu)建電磁場熱點。但大多數(shù)都不能產(chǎn)生均勻且穩(wěn)定的SERS信號增強(qiáng)。

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

因此，如何獲得尺寸較小、且可實現(xiàn)信號強(qiáng)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(xué)葉堅教授團(tuán)隊便開發(fā)出了這樣一款強(qiáng)大探針——新型的、外殼為花瓣狀結(jié)構(gòu)的“多熱點”縫隙增強(qiáng)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(qiáng)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(jī)。

葉堅教授團(tuán)隊采用將拉曼信號分子同時嵌入核殼顆粒內(nèi)部和外部花瓣狀結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)內(nèi)嵌的拉曼信號分子數(shù)量，來調(diào)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(jié)果驗證

為了進(jìn)一步驗證P-GERTs探針的信號強(qiáng)度和成像速度，研究人員對實驗結(jié)果進(jìn)行了進(jìn)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(qiáng)效果進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)：P-GERTs拉曼信號增強(qiáng)因子高達(dá)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(jié)合HORIBA拉曼成像技術(shù)（Duoscan成像模式和Swift數(shù)據(jù)處理方式），研究人員進(jìn)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(nèi)就獲得高分辨單細(xì)胞拉曼成像（2500個像素），52秒內(nèi)獲得高對比度大范圍（3.2 × 2.8 cm²）的小鼠活體前哨淋巴結(jié)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(qiáng)拉曼探針結(jié)果圖

a) 示意圖；b) 單細(xì)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(jié)拉曼成像

上海交通大學(xué)葉堅教授團(tuán)隊的這項研究結(jié)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(xì)胞和生物組織成像提供了新機(jī)會。

文章作者&論文直達(dá)

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(yīng)用專家將樂于為您提供解答服務(wù)。

今日話題

表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)技術(shù)應(yīng)用廣泛，那么具體應(yīng)用有哪些呢？歡迎您分享科研過程中與SERS技術(shù)相關(guān)的內(nèi)容。

我們會在下次前沿應(yīng)用專欄中分享給大家，本文發(fā)出后3個工作日內(nèi)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(fù)旦破譯PM2.5重要成分 | 前沿用戶報道

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

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

• 發(fā)現(xiàn)生命的軌跡——化石中的碳元素分析 | 前沿應(yīng)用

• 地底深處的生命探索——礦物中的化學(xué)反應(yīng)分析 | 前沿應(yīng)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(xì)胞拉曼分選，"后液滴"設(shè)計功不可沒|前沿用戶報道

• 表面增強(qiáng)共振拉曼光譜探究細(xì)胞色素c在活性界面上的電子轉(zhuǎn)移

• 新型熒光探針——細(xì)胞膜脂變化無所遁形!

• 復(fù)旦巧用增強(qiáng)拉曼“識”霧霾 | 前沿用戶報道

• 1+1≥3，AFM-Raman 材料表征新技術(shù)！——附新相關(guān)論文

>>>> 免責(zé)說明

HORIBA Scientific公眾號所發(fā)布內(nèi)容（含圖片）來源于文章原創(chuàng)作者提供或互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)載，文章版權(quán)、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(zhuǎn)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(fù)責(zé)。如果您認(rèn)為本文存在侵權(quán)之處，請與我們?nèi)〉寐?lián)系，我們會及時進(jìn)行處理。HORIBA Scientific 力求數(shù)據(jù)嚴(yán)謹(jǐn)準(zhǔn)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(xué)儀器事業(yè)部

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

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