普鲁士蓝：一种无背景干扰的高灵敏共振拉曼染料
在化学及生物化学研究领域，高信噪比的生物成像探针一直是不可忽视的研究热点。在众多分子成像手段中，表面增强拉曼散射（SERS）技术引起了广泛的关注。该技术备受青睐的主要原因无疑是其他技术无法媲美的高检测灵敏度、指纹识别能力以及不受光漂白影响等优势。然而，由于复杂的生物内源性背景干扰，基于SERS的生物成像探针的研究仍然具有一定的挑战性。能否建立一种既能发挥SERS技术的高灵敏等优势，又能降低生物自身背景干扰的优质SERS生物成像探针呢？近日，南开大学的刘定斌团队利用普鲁士蓝（一种古老的染料）作为拉曼报告染料，构建了一种高灵敏无背景干扰的SERS生物成像探针。
研究发现，拉曼光谱中生物自身的背景干扰主要分布在小于1800cm-1的范围内，通常被称为指纹区，而该区域也正是很多拉曼探针的信号响应范围。因此生物背景与探针信号峰往往发生重叠，为SERS探针在生物成像中的研究带来麻烦。然而，在拉曼光谱中1800-2800 cm-1范围内几乎不存在生物自身的背景干扰，被称为生物样本的拉曼沉默区。但是，在该区域商品化的拉曼染料没有任何拉曼信号。因此，能够在生物样本的拉曼沉默区显示特征峰的探针将为高信噪比拉曼成像领域带来曙光。尽管一些生物外源基团如炔基、叠氮基等可以在拉曼沉默区显示特征峰。遗憾的是，这些基团往往因为拉曼信号微弱等原因无法得到广泛的应用。
刘定斌团队根据生物样本在拉曼光谱中上述显示特征峰的特点，构建了一种既具有拉曼表面增强效应又能够在生物样本拉曼沉默区显示特征峰的核壳纳米结构，以期实现提高检测信噪比的目的，并将该技术应用于生物样本的检测中。该结构以球形金纳米颗粒为核，提供表面拉曼增强作用，并直接以生物相容性好且安全无毒的普鲁士蓝结构为壳进行包裹，结构中的氰基将在生物样本的拉曼沉默区出现单一拉曼峰（2156cm-1），大大提高了检测信噪比。该纳米结构制备方法简单、条件温和、形貌可控、性质稳定、易于修饰，在免疫分析及肿瘤细胞成像方面表现出优异的性能。
他们通过将IgG抗体修饰于该核壳纳米结构表面建立了基于拉曼技术的夹心结构免疫分析。该方法以修饰有IgG抗体的磁球为固定相，与IgG抗原及核壳结构表面的IgG抗体形成夹心结构，以拉曼面扫为手段，对不同浓度IgG抗原的样品中单个磁球上拉曼信号的多少及强度进行了比较。结果表明，该方法灵敏度高，可实现痕量IgG的检出，为非酶标记免疫分析方法的研究提供了一种高灵敏度的选择。
另外，该核壳纳米结构还应用于肿瘤细胞的靶向成像研究中。他们通过将叶酸偶联于核壳纳米结构表面，结合拉曼面扫技术，实现了叶酸受体高表达肿瘤细胞的靶向拉曼成像。该实验中阳性样品组的核壳纳米结构中氰基显示特征峰的位置与对照组细胞显示特征峰的位置互不干扰，有效地提高了检测信号的信噪比，展示了其良好的细胞成像能力。这种无背景干扰的高灵敏SERS探针为临床低丰度被测物的检测提供了一种新的选择，与此同时也为复杂样品中痕量被测物的检测提供了一种新的方法。
这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者是南开大学尹永梅博士。
