细胞氧化应激过程中几种关键分子的SERS检测方法

发布时间：2021-07-04 07:30

　　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。 

【文章来源】：光散射学报. 2019,31(04)

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【部分图文】：

细胞内氧化应激过程

早在2013年,中国科学院合肥智能机械研究所的蒋长龙课题组开发了一种化学反应型拉曼探针,成功实现了超灵敏监测和成像由抗肿瘤药物在活细胞中诱导的氧化物种ClO-的生成[4]。同年,龙亿涛课题组通过在金纳米粒子表面修饰氧化型细胞色素c (Cyt c),制备了一种能够用于细胞内超氧阴离子自由基(O2·-)的灵敏性和选择性测定的SERS纳米传感器(如图2所示)[5]。该纳米传感器可以通过测量还原后的Cyt c的SERS光谱根据氧化型和还原型Cyt c的SERS光谱的差异来探究O2·-浓度,检测限能达到1.0 ×10-8 M。这些纳米探针均利用了待测分子可以与拉曼报告分子发生化学反应,从而引起其SERS信号的改变实现对细胞内ROS关键分子的定量检测和追踪。此外,Jwa-Min Nam等人利用谷胱甘肽修饰的金纳米颗粒(GSH-AuNPs)实现了对各种ROS和RNS(如H2O2·-、·OH、ClO-、NO·和O2·-)的比色和光谱检测。AuNPs表面的谷胱甘肽在ROS和RNS存在的情况下可以通过形成谷胱甘肽二硫键而脱离,使AuNPs粒子之间发生聚集,并产生等离激元耦合,致使紫外可见光谱红移以及溶液颜色变化。利用这一策略,不仅灵敏地实现了对ROS的定量检测,而且根据ROS和RNS的产生,实现了快速区分癌细胞和正常细胞(图3)[6]。

2016年,江苏师范大学的渠陆陆课题组提出了一种检测活细胞内非活跃型ROS分子H2O2的新型SERS金纳米传感器[7]。他们将4-羧基苯硼酸(4-CA)修饰在金纳米粒子(AuNPs)表面,基于H2O2与芳基硼酸盐在AuNPs上的氧化反应,释放苯酚,进而引起SERS谱的变化实现对H2O2的检测。该纳米传感器对H2O2的选择性高于其他活性氧种类,同时灵敏度高,检测限低(80 nM),满足了生物系统中检测H2O2的要求。Zachary D. Schultz等人基于同样的检测原理测定了活细胞中外源性和内源性的H2O2水平,并实现对人工尿液和人血清中葡萄糖的定量和选择性检测[8]。此外,湖南大学的李继山课题组也利用同样的传感原理实现了活细胞或肿瘤组织的特异性高对比度H2O2成像(如图4所示)[9]。该种新型SERS策略在体内外医学研究和临床诊断中具有巨大的应用潜力。图4 活的HeLa细胞与新鲜厚实的大鼠宫颈肿瘤组织中H2O2的共聚焦比率SERS成像


本文编号：3264334