利用双模探针对HeLa细胞进行成像
在研究纳米粒子与生物体相互作用的过程中,荧光技术以其快速、简单的优点获得了十分广泛的应用. 常用的荧光材料包括有机染料分子、上转换纳米粒子和半导体量子点等. 其中, 利用有机染料分子标记生物组织的技术最为成熟.
近年来, 表面增强拉曼散射(SERS)光谱作为一种新兴的生物标记手段正被越来越多地应用于生物成像与传感等领域.SERS光谱一方面继承了拉曼光谱的指纹特性; 另一方面,SERS效应只产生在金属基底表面很小的局域范围内, 能很好地抑制背景信号的干扰. 这些优点使人们能够在复杂的生物环境中跟踪SERS标记的纳米探针粒子, 研究纳米探针粒子与生物组织相互作用的动态过程. 如Wang 等人利用标记的SERS技术, 监测金纳米粒子上的SERS信号, 获得了金纳米粒子在斑马鱼胚胎中的分布; Ando等人则利用非标记的SERS技术, 跟踪了胞吞入细胞内的金纳米粒子的运动轨迹. 在相关研究中, 已经报道了几类基于SERS的生物纳米传感探针. 如基于银纳米粒子和金纳米棒的活细胞内pH传感探针;基于银纳米粒子的细胞内药物代谢动力学过程SERS探针; 基于金纳米聚集体和银纳米棒的高灵敏度、高特异性SERS免疫探针; 基于金纳米棒和金纳米聚集体的细胞用SERS-荧光双模式成像探针;以及目前结构最简单的肿瘤细胞靶向SERS探针等. 然而, 荧光技术与SERS技术都存在一些局限性.例如, 荧光信号易被漂白且发射谱较宽; SERS信号需要较长的采集时间, 不利于实时动态监测等. 相反地, SERS信号稳定性高且发射谱很窄; 荧光信号强不需要较长采集时间. 如将荧光信号与SERS信号集成到同一个纳米探针上, 则该探针将同时具备荧光和SERS技术的优点, 同时又能互补解决这两种信号各自的问题. 已有关于这种荧光-SERS双模式探针的报道, 在制备过程中首先合成金纳米粒子作为SERS增强基底, 接着在其表面吸附拉曼分子并包裹上二氧化硅, 随后将有机染料分子掺入二氧化硅层中产生荧光信号. 但金纳米粒子的SERS增强效果不好, 这种探针粒子的SERS信号不够强, 使其在复杂生物环境中的应用受到一定限制.
东南大学先进光子学中心崔一平等人报道了一种新型的荧光及表面增强拉曼散射(SERS)双模式光学成像探针. 该探针以金核银壳纳米棒为SERS增强基底, 其表面标记拉曼分子产生SERS信号. 随后通过层层吸附的方法在标记了拉曼分子的金核银壳纳米棒表面包裹聚合物电解质. 最后在聚合物电解质层上连接异硫氰酸荧光素产生荧光信号. 将探针置入HeLa细胞, 实现了荧光、SERS双模式成像. 该探针具有以下优点: (1) 能产生荧光、SERS两种信号, 实现双模式光学成像; (2) 金核银壳纳米棒具有优异的SERS增强能力, 使得探针进入活细胞后仍能提供高信噪比的SERS信号; (3) 聚合物电解质在形成隔离层避免荧光信号被金属淬灭的同时,提高了探针的生物兼容性. 这种双模式光学成像探针在药物输运和肿瘤靶向等研究中具有重大的应用前景.