外泌体（Exosome）是直径大小为30～150 nm的膜性囊泡, 包裹DNA/RNA, miRNA, 蛋白质和脂质等多种物质并参与微环境中的生物信息传递, 是理想的癌症生物标志物, 在液体活检领域具有重要的应用潜力, 有望成为癌症快速检测的手段之一。 表面增强拉曼光谱（SERS）是分子振动光谱, 可从分子水平上探测物质的精细结构和信息变化, 具有“指纹图谱”的特征。 采用差速离心结合超速离心的方法获得乳腺癌细胞来源的外泌体, 以金溶胶为增强基底, 收集外泌体及其母细胞的SERS图谱, 结合多元统计分析, 进行乳腺癌细胞的快速鉴别与区分。 研究结果表明, 乳腺癌细胞及其外泌体在500～1 600 cm-1波段范围内有特征拉曼信号, 采用非标记检测所获得的图谱信息是样品“whole-organism fingerprint”整体信号的呈现。 根据外泌体的拉曼表型并结合OPLS-DA分析, 能够100%分辨3种不同类型的乳腺癌细胞。 单细胞SERS检测联合PCA-LDA分析, 区分乳腺癌细胞的准确率为83.7%。 通过比较乳腺癌细胞及其外泌体的拉曼特征图谱发现, 二者在拉曼谱图的波数高度表现一致, 但是外泌体在特征波数上显著增强。 具体体现为在506～569、 1 010～1 070 cm-1等波段二者存在相似性, 但外泌体在735、 963和1 318 cm-1等处的特征信号显著高于细胞。 分析认为外泌体结构比细胞更为简单, 核酸、 蛋白质等生物大分子信息更容易被表征。 同时也提示了通过SERS检测外泌体实现快速鉴定乳腺癌的可行性。 采用非标记、 直接检测, 建立了快速检测单细胞及外泌体的SERS分析技术, 结合多元统计分析能够快速鉴别不同类型的乳腺癌细胞, 并从拉曼组学角度探究了外泌体与母源细胞的关系。 该方法具有非标记、 快速、 灵敏、 准确、 简便的优势, 为乳腺癌的体外快速诊断与筛查提供有效的技术手段, 为临床应用奠定基础。
表面增强拉曼光谱 乳腺癌 外泌体 单细胞分析 快速检测 多元统计分析 Surface enhanced Raman spectroscopy Breast cancer Exosome Single-cellular analysis Rapid detection Multivariate statistical analysis 光谱学与光谱分析
2023, 43(12): 3840
表面增强拉曼光谱(SERS)是目前最灵敏的分析技术之一, 广泛应用于生命科学、 材料科学、 环境科学及分析化学等领域。 SERS基底的特性决定了该技术的实际应用范围, 是推动该技术发展的关键, 高活性SERS基底的制备已经逐渐成为SERS研究领域的热点。 为了获得最佳的拉曼信号, 对具有特殊特性的SERS活性基底的需求一直很大。 柔性SERS基底因具有良好的柔韧性, 3D支架结构和表面可控的孔径大小等独特优势, 在检测化合物和细菌等方面有很好的应用价值。 Nylon(尼龙)柔性膜表面具有分级及多孔交错排列3D结构的特点, 将固相萃取装置与特殊材料Nylon柔性膜相结合, 通过改变金纳米颗粒的附着量以及金纳米颗粒与膜结合次数, 制备了高SERS活性的金纳米-Nylon(Au-Nylon)柔性膜基底。 研究表明, 金纳米颗粒能很好地附着在Nylon纤维上, 纳米颗粒与Nylon柔性膜表面等离子共振耦合作用, 形成金纳米颗粒与Nylon纤维的复合体, Au-Nylon柔性膜基底的等离子共振吸收峰发生蓝移。 首次处理后的Nylon纤维与其所附着的金纳米颗粒形成新的活性截留层, 有助于使再次处理时金颗粒更好地附着在柔性膜表面, 产生SERS“热点”效应, 提高其SERS性能。 利用结晶紫(CV)作为SERS探针分子, 对Au-Nylon柔性膜基底SERS性能进行分析, 发现CV探针分子在Au-Nylon柔性膜基底上的SERS强度随金纳米颗粒的附着量以及金纳米颗粒与膜结合次数而变化。 对于面积为1 cm2的Au-Nylon柔性膜基底, 当单次过滤金溶胶1 mL, 与膜结合2次, 总结合量2 mL时, CV探针分子的SERS信号最强, SERS活性最强。 采用Au-Nylon柔性膜基底对浓度为2.5×10-5, 1×10-5, 1×10-6, 5×10-7及1×10-7 mol·L-1的CV溶液进行的SERS检测, 发现Au-Nylon柔性膜基底对CV探针分子检测极限达1×10-6 mol·L-1, 增强因子达到1.0×104。 此外, Au-Nylon柔性膜基底均匀性较好, 相对平均偏差为11.8%。 Au-Nylon柔性膜基底在微生物检测中, 仍具有良好SERS活性, 对金黄色葡萄球菌的SERS增强效果优于金溶胶。 由此可见, 研究中制备的Au-Nylon柔性具有良好的均一性, 并具有较好的SERS活性, 该方法简单且易批量制备, 无论在化合物检测还是微生物检测中都具有良好的实际应用价值。
表面增强拉曼光谱 Au-Nylon柔性膜基底 柔性基底 Surface-enhanced Raman spectroscopy Au-Nylon flexible film substrate Flexible base
1 北京工业大学生命科学与生物工程学院, 环境与病毒肿瘤学北京市重点实验室, 北京 100124
2 北京市工业技师学院食品中心, 北京 100023
选取几种天然抗氧化剂杨梅素、 桑色素、 辣椒碱、 甜菜碱作为研究对象, 运用荧光光谱法、 同步荧光光谱法以及三维荧光光谱法研究了几种抗氧化剂以及DPPH自由基与人血清蛋白相互作用, 结果表明辣椒碱、 甜菜碱、 VC不与人血清蛋白发生猝灭反应, 杨梅素、 桑色素、 DPPH均能够与人血清蛋白发生猝灭反, 反应均为形成了稳定复合物而导致的静态猝灭, 通过疏水作用力与HSA结合, 结合位点数均为1, 主要结合位点在色氨酸基团附近, DPPH与人血清蛋白猝灭过程改变了人血清蛋白结构的疏水性, 引起蛋白质构象发生变化, 而杨梅素、 桑色素与人血清蛋白相互作用未造成其构象发生了变化。 运用荧光光谱法研究了几种抗氧化剂抑制DPPH直接损伤人血清蛋白的能力, 杨梅素、 桑色素、 辣椒碱、 甜菜碱、 VC对DPPH损伤HSA的抑制率分别为25%, 18.30%, 85.38%, 4.02%和84.58%。 根据分子结构分析辣椒碱主要通过清除DPPH自由基作用从而抑制其损伤人血清蛋白, 根据二元体系反应结果可知杨梅素与桑色素三元体系反应过程中两种抗氧化剂与DPPH竞争结合位点, 因此杨梅素、 桑色素主要通过占据结合位点的方式抑制DPPH损伤人血清蛋白, 而甜菜碱既不能占据结合位点也不能清除自由基, 因而抑制能力最弱。 分析表明几种天然抗氧化剂的抑制能力与其分子结构中主要官能团结构密切相关。
天然抗氧化剂 DPPH自由基 人血清蛋白 荧光光谱法 Natural antioxidants DPPH free radical Humanserum albumin Fluorescent spectrometry 光谱学与光谱分析
2019, 39(10): 3122
