上海交大开发新型探针：小至70nm 依然可实现*拉曼信号

供稿：张雨晴

编辑：Chen

导读：近日，上海交通大学叶坚教授团队开发了一种新型拉曼探针（P-GERTs），尺寸仅为70nm左右，依然可实现拉曼信号的整体增强和成像速度的大幅提高，为突破SERS生物成像发展瓶颈，实现快速超灵敏生物成像开辟新机。

SERS生物成像技术的发展前景与瓶颈

得益于表面增强拉曼散射(SERS)技术灵敏度高、分辨率高、稳定性好等优点及其“探针”所*的指纹图谱（高特异性）和超窄线宽（多指标检测）优势，SERS技术在生物体内成像方面表现出广阔的前景，目前临床肿瘤的治疗手术中，利用拉曼成像检测肿瘤边缘和残留微小肿瘤就是重要应用之一。

然而，现有的SERS成像速度远远落后于临床需要，通常需要几十分钟甚至几小时才能获得一个大范围的拉曼活体图像。其中影响SERS成像速度的重要因素之一便是SERS探针的整体拉曼信号不够强。

Tips： SERS探针的信号强度和成像速度很大程度上取决于探针电磁场热点区域（hot spots）的信号分子数量。常用增强信号强度的策略是通过控制探针的形貌，使其具有一些或者粗糙表面来形成电磁场热点区域；或者通过在金属纳米结构表面或内部引入纳米缝隙来有效地构建电磁场热点。但大多数都不能产生均匀且稳定的SERS信号增强。

研究人员一般通过改变探针形貌来提高SERS探针信号强度，但大多数都不能产生均匀且稳定的SERS信号增强。而且这类探针尺寸相对较大，通常在100-200 nm之间，应用于生物成像领域，会降低探针在体内的血液循环时间，影响探针的体内分布情况和代谢动力学，不利于体内的靶向识别、成像和检测等应用的实现。

因此，如何获得尺寸较小、且可实现信号强度和成像速度大幅提高的探针，成为研究人员面临的重要课题。

新型探针突破SERS生物成像发展瓶颈

近日，上海交通大学叶坚教授团队便开发出了这样一款*探针——新型的、外壳为花瓣状结构的“多热点”缝隙增强拉曼探针（P-GERTs），尺寸仅为70 nm左右，且同时实现了拉曼信号的整体增强和成像速度的大幅提高，为突破目前SERS生物成像发展瓶颈，实现快速超灵敏生物成像开辟了新机。

叶坚教授团队采用将拉曼信号分子同时嵌入核壳颗粒内部和外部花瓣状结构之间的亚纳米缝隙这一方法制得探针，表征发现该探针能够大程度地提高单颗粒上报告分子的吸附量，实现*的拉曼信号。

此外，研究人员还可以通过调节内嵌的拉曼信号分子数量，来调节探针的形貌和SERS性能；或通过改变外部拉曼信号分子的种类，获得多种信号探针以实现多重检测和成像。

实验结果验证

为了进一步验证P-GERTs探针的信号强度和成像速度，研究人员对实验结果进行了进一步表征。

研究人员使用HORIBAXploRA INV拉曼成像光谱仪和NanoRaman系统对P-GERTs探针的拉曼增强效果进行表征，发现：P-GERTs拉曼信号增强因子高达5 × 10⁹，相较于常见的拉曼探针提高了1-3个数量级，实现了*的拉曼信号。

结合HORIBA拉曼成像技术（Duoscan成像模式和Swift数据处理方式），研究人员进一步发现成像单点采集时间仅为0.7 ms /像素，成像速度大幅提升。在低至370 uW功率时6秒内就获得高分辨单细胞拉曼成像（2500个像素），52秒内获得高对比度大范围（3.2 × 2.8 cm²）的小鼠活体前哨淋巴结拉曼成像，表现出良好的信号均一性和光稳定性。 

“多热点”缝隙增强拉曼探针结果图

a) 示意图；b) 单细胞透射电镜图；c) 明场图

d) 高分辨快速拉曼成像图 (50×50像素)

e) 高对比度大范围 (3.2×2.8cm²) 的小鼠活体前哨淋巴结拉曼成像

上海交通大学叶坚教授团队的这项研究结果表明：P-GERTs作为超亮和超稳定的SERS探针，为克服目前SERS生物成像发展瓶颈，实现高速、高对比度超灵敏的细胞和生物组织成像提供了新机会。wx_fmt=gif" style="height:auto !important; margin:0px; width:1px !important" />

文章作者&论文直达

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

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

致谢：叶坚课题组提供论文

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