表面增强拉曼光谱在生物检测中的可靠性及其挑战

近日，厦门大学的任斌教授（点击查看介绍）团队受Chemical Reviews邀请为其Plasmonics in Chemistry专辑撰写标题为”Surface-Enhanced Raman Spectroscopy for Bioanalysis: Reliability and Challenges ”综述。该综述以表面增强拉曼光谱（Surface-enhanced Raman spectroscopy，SERS）在生物分析检测中的可靠性问题为切入点，系统介绍了SERS技术在生物分析中的研究进展。

SESR利用在可见光-近红外波段具有很强表面等离激元共振效应的Ag、Au等纳米结构，来显著增强吸附在纳米结构表面上的分子的拉曼信号，以超高检测灵敏度（甚至高达单分子水平）获得样品自身的指纹特征，是一种极具潜力的生物分析检测技术。但是，从其发现至今的四十多年，SERS技术还未能在生物医学领域得到广泛应用，其中关键原因是SERS生物检测涉及光-表面等离激元纳米材料-生物体系三者之间异常复杂的相互作用，导致以下一系列亟待解决的可靠性问题：

（1）SERS纳米探针是否会对正常生命活动进程造成影响？生命体系对SERS探针有何种潜在应激反应？

（2）SERS技术检测到信号来源于何种生物分子？其生物分子结构在检测过程中是否被改变？

（3）生物体系复杂的环境与组成成分是否会影响SERS探针自身的结构，影响其传感性能？

（4）在SERS检测时，信号的波动十分常见，如何提高信号检测的重现性，使其能真实的反应生物体系自身的性质？

基于以上关键问题，并针对一般化学和生物背景的读者，该综述首先介绍SERS基本原理，以指导设计高灵敏的SERS检测方案，同时介绍了生物分子和细胞与纳米材料的复杂相互作用，并结合SERS基本原理指导设计可靠的SERS生物检测探针，进而从生物分子、病原体到活细胞不同层次，介绍了直接和间接SERS检测方法在细胞和生物检测中的现状，并从实验设计、测量条件和数据分析等不同角度分析了各种可能干扰SERS分析检测可靠性的潜在因素。该综述展望了SERS生物检测中的关键挑战，包括重现性、灵敏度和时空间分辨率等。该综述最后将任斌教授课题组几代博士、硕士和博士后在SERS生物分析检测中积累的宝贵经验总结成如下一张速查表，为广大研究者提供实验帮助，以进行可靠的SERS生物检测：

（1）在基底设计方面，需要制备高增强、高均一性且表面洁净的基底，并对其表面进行适当的修饰，以提高其生物相容性，避免非特异性吸附，并将待测分子聚集至“热点”位置，此外在间接检测时还应选择合适的拉曼信号分子；

（2）在样品保存和预处理时，需要将生物分子、细胞、组织等保持在尽可能贴近其正常生理状态的环境中，以避免其变性或者发生不可逆的变化；

（3）在SERS检测条件方面，需要选择合适的激发波长、曝光时间、激光功率等在保证良好信噪比的同时，减少可能产生的热效应以及光催化反应对检测的影响，并且在检测时也应尽可能保持待测物的正常状态，获得更加真实的信息；

（4）在数据分析方面，需要建立生物分子的标准SERS数据库对光谱进行指认，在进行传感时也应对探针在实际检测体系中的响应进行校正，此外也应尤其注意SERS光谱的背景来源以及定量检测的问题。

该综述最近发表在Chemical Reviews 上，文章的第一作者是厦门大学博士后宗铖。任斌教授为通讯作者。

该论文作者为：Cheng Zong, Mengxi Xu, Li-Jia Xu, Ting Wei, Xin Ma, Xiao-Shan Zheng, Ren Hu, Bin Ren

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Surface-Enhanced Raman Spectroscopy for Bioanalysis: Reliability and Challenges

Chem. Rev., 2018, 118, 4946–4980, DOI: 10.1021/acs.chemrev.7b00668

任斌教授简介

任斌，厦门大学化学化工学院教授。1998年毕业于厦门大学化学化工学院化学系物理化学专业，获博士学位后留校任教。2002-2003作为洪堡学者在Fritz-Haber研究所, 从事针尖增强拉曼光谱的研究。于2004年被提升为教授，2008年入选国家杰出青年基金，2009年入选闽江学者计划，2016年入选第二批国家“万人计划”科技创新领军人才和长江学者特聘教授。现任厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室副主任，厦门大学化学化工学院副院长，美国分析化学杂志（Analytical Chemistry）副主编。主要研究方向为纳米材料设计，表面增强拉曼光谱（SERS）与针尖增强拉曼光谱（TERS）的机理研究及其在电化学与生物领域内表界面研究的应用。

任斌

http://www.x-mol.com/university/faculty/14056

课题组链接

http://bren.xmu.edu.cn/