“点击”SERS——一种全新的信号输出模式

多组分液体活检与单细胞水平定性/定量描述肿瘤细胞表面多种受体分子是开展肿瘤精确诊断与有效治疗的关键，而在临床医学的应用上一直受到传统光谱输出模式的限制。当前的技术手段通常以一对一的形式进行探针编码信号与目标物的对应，而可相互区分的信号分子数量有限，导致信息获取量受限，包括常见的信号输出手段如比色、荧光等。即便是各类光信号中谱峰最窄的表面增强拉曼光谱（surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS）同样也受到丰富指纹信息导致光谱重叠带来的干扰。迄今为止，传统输出模式下的同时多组分检测目标物数量始终停留在个位数。

与此同时，SERS在细胞成像方面具有多组分、高灵敏、高光学稳定性的优势，然而其增强效果依赖于一定尺寸的增强基底，该尺寸往往大于常见的细胞表面受体，导致靶向结果不准确。同时探针靶向定位时与活细胞不可避免的长时间共培养将带来胞吞效应与重力作用导致的假阳性结果。

图1. 点击SERS的原理图

武汉大学的胡继明教授（点击查看介绍）和沈爱国教授（点击查看介绍）团队另辟蹊径，提出了全新的信号输出概念——“点击”SERS，其构思来自于点击化学：通过小单元的拼接快速可靠地完成分子的化学合成。点击SERS是通过对三键信号分子单峰谱带的动态组合自由拼接得到对目标物具有唯一识别性的输出光谱，此处的驱动力不再限于化学键合，而囊括了物理、化学、生物等多种作用（图1）。该工作中点击SERS应用于十种DNA的同时检测，驱动力便是基因片段互补配对。作者建立了一种双重组合的快速扫描模式信号读取技术，将点击SERS输出的第一重光谱组合，与扫码模式的第二重基于逻辑与门的数据组合在一起，实现了单次激光扫描下快速精确的多组分液体活检（图2）。

图2. 基于点击SERS的双重组合信号读出

点击SERS在精准细胞成像上的应用采用了二次曝光的概念。通过巧妙的功能化探针设计，分步加入的靶向探针与逻辑探针具有不同的拉曼信号，并分别执行细胞膜受体靶向和与膜表面靶向探针杂交的任务，由此摈弃尺寸过大、细胞内吞、重力作用等特异性吸附导致的假阳性结果，此处输出双重信号，即点击SERS的成像区域，为膜受体真正所处的位置，实现了单个肿瘤细胞上膜蛋白受体的种类和含量的智能响应与同步检测（图3）。

图3. 点击SERS用于细胞精准成像

这一成果近期以封面文章发表在Journal of the American Chemical Society 上，文章的第一作者是武汉大学的博士生曾依，沈爱国教授为论文的通讯作者。

该论文作者为：Yi Zeng, Jia-Qiang Ren, Ai-Guo Shen, and Ji-Ming Hu

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）：

Splicing Nanoparticles-Based “Click” SERS Could Aid Multiplex Liquid Biopsy and Accurate Cellular Imaging

J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 10649, DOI: 10.1021/jacs.8b04892

导师介绍

胡继明

http://www.x-mol.com/university/faculty/13667  

沈爱国

http://www.x-mol.com/university/faculty/13674