細胞的氧化過程與癌癥、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病、糖尿病等多種疾病的發(fā)展密切有關(guān)。針對氧化反應發(fā)生,細胞產(chǎn)生應激反應。這一系列刺激響應過程中會產(chǎn)生一些關(guān)鍵性分子,例如活性氧簇分子（ROS）等。對這些關(guān)鍵分子的分析檢測不僅可以有助于理解這些分子在過程中扮演的重要角色,更是對疾病的發(fā)生和發(fā)展規(guī)律有深入的理解。本文重點匯總了分析和檢測細胞內(nèi)氧化應激關(guān)鍵分子所采用的表面增強拉曼光譜（SERS）技術(shù),從SERS方法的設(shè)計策略出發(fā),對現(xiàn)有方法歸類總結(jié),枚舉了多項中國同行的研究工作,并展望了其未來發(fā)展方向。 

【文章來源】：光散射學報. 2019,31(04)

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

細胞內(nèi)氧化應激過程

早在2013年,中國科學院合肥智能機械研究所的蔣長龍課題組開發(fā)了一種化學反應型拉曼探針,成功實現(xiàn)了超靈敏監(jiān)測和成像由抗腫瘤藥物在活細胞中誘導的氧化物種ClO-的生成[4]。同年,龍億濤課題組通過在金納米粒子表面修飾氧化型細胞色素c (Cyt c),制備了一種能夠用于細胞內(nèi)超氧陰離子自由基(O2·-)的靈敏性和選擇性測定的SERS納米傳感器(如圖2所示)[5]。該納米傳感器可以通過測量還原后的Cyt c的SERS光譜根據(jù)氧化型和還原型Cyt c的SERS光譜的差異來探究O2·-濃度,檢測限能達到1.0 ×10-8 M。這些納米探針均利用了待測分子可以與拉曼報告分子發(fā)生化學反應,從而引起其SERS信號的改變實現(xiàn)對細胞內(nèi)ROS關(guān)鍵分子的定量檢測和追蹤。此外,Jwa-Min Nam等人利用谷胱甘肽修飾的金納米顆粒(GSH-AuNPs)實現(xiàn)了對各種ROS和RNS(如H2O2·-、·OH、ClO-、NO·和O2·-)的比色和光譜檢測。AuNPs表面的谷胱甘肽在ROS和RNS存在的情況下可以通過形成谷胱甘肽二硫鍵而脫離,使AuNPs粒子之間發(fā)生聚集,并產(chǎn)生等離激元耦合,致使紫外可見光譜紅移以及溶液顏色變化。利用這一策略,不僅靈敏地實現(xiàn)了對ROS的定量檢測,而且根據(jù)ROS和RNS的產(chǎn)生,實現(xiàn)了快速區(qū)分癌細胞和正常細胞(圖3)[6]。

2016年,江蘇師范大學的渠陸陸課題組提出了一種檢測活細胞內(nèi)非活躍型ROS分子H2O2的新型SERS金納米傳感器[7]。他們將4-羧基苯硼酸(4-CA)修飾在金納米粒子(AuNPs)表面,基于H2O2與芳基硼酸鹽在AuNPs上的氧化反應,釋放苯酚,進而引起SERS譜的變化實現(xiàn)對H2O2的檢測。該納米傳感器對H2O2的選擇性高于其他活性氧種類,同時靈敏度高,檢測限低(80 nM),滿足了生物系統(tǒng)中檢測H2O2的要求。Zachary D. Schultz等人基于同樣的檢測原理測定了活細胞中外源性和內(nèi)源性的H2O2水平,并實現(xiàn)對人工尿液和人血清中葡萄糖的定量和選擇性檢測[8]。此外,湖南大學的李繼山課題組也利用同樣的傳感原理實現(xiàn)了活細胞或腫瘤組織的特異性高對比度H2O2成像(如圖4所示)[9]。該種新型SERS策略在體內(nèi)外醫(yī)學研究和臨床診斷中具有巨大的應用潛力。圖4 活的HeLa細胞與新鮮厚實的大鼠宮頸腫瘤組織中H2O2的共聚焦比率SERS成像


本文編號：3264334