供稿：張雨晴

編輯：Chen

導讀：近日，上海交通大學葉堅教授團隊開發了一種新型拉曼探針（P-GERTs），尺寸僅為70nm左右，依然可實現拉曼信號的整體增強和成像速度的大幅提高，為突破SERS生物成像發展瓶頸，實現快速超靈敏生物成像開辟新機。

SERS生物成像技術的發展前景與瓶頸

得益于表面增強拉曼散射(SERS)技術靈敏度高、分辨率高、穩定性好等優點及其“探針”所*的指紋圖譜（高特異性）和超窄線寬（多指標檢測）優勢，SERS技術在生物體內成像方面表現出廣闊的前景，目前臨床腫瘤的治療手術中，利用拉曼成像檢測腫瘤邊緣和殘留微小腫瘤就是重要應用之一。

然而，現有的SERS成像速度遠遠落后于臨床需要，通常需要幾十分鐘甚至幾小時才能獲得一個大范圍的拉曼活體圖像。其中影響SERS成像速度的重要因素之一便是SERS探針的整體拉曼信號不夠強。

Tips： SERS探針的信號強度和成像速度很大程度上取決于探針電磁場熱點區域（hot spots）的信號分子數量。常用增強信號強度的策略是通過控制探針的形貌，使其具有一些或者粗糙表面來形成電磁場熱點區域；或者通過在金屬納米結構表面或內部引入納米縫隙來有效地構建電磁場熱點。但大多數都不能產生均勻且穩定的SERS信號增強。

研究人員一般通過改變探針形貌來提高SERS探針信號強度，但大多數都不能產生均勻且穩定的SERS信號增強。而且這類探針尺寸相對較大，通常在100-200 nm之間，應用于生物成像領域，會降低探針在體內的血液循環時間，影響探針的體內分布情況和代謝動力學，不利于體內的靶向識別、成像和檢測等應用的實現。

因此，如何獲得尺寸較小、且可實現信號強度和成像速度大幅提高的探針，成為研究人員面臨的重要課題。

新型探針突破SERS生物成像發展瓶頸

近日，上海交通大學葉堅教授團隊便開發出了這樣一款強大探針——新型的、外殼為花瓣狀結構的“多熱點”縫隙增強拉曼探針（P-GERTs），尺寸僅為70 nm左右，且同時實現了拉曼信號的整體增強和成像速度的大幅提高，為突破目前SERS生物成像發展瓶頸，實現快速超靈敏生物成像開辟了新機。

葉堅教授團隊采用將拉曼信號分子同時嵌入核殼顆粒內部和外部花瓣狀結構之間的亞納米縫隙這一方法制得探針，表征發現該探針能夠大程度地提高單顆粒上報告分子的吸附量，實現*的拉曼信號。

此外，研究人員還可以通過調節內嵌的拉曼信號分子數量，來調節探針的形貌和SERS性能；或通過改變外部拉曼信號分子的種類，獲得多種信號探針以實現多重檢測和成像。

實驗結果驗證

為了進一步驗證P-GERTs探針的信號強度和成像速度，研究人員對實驗結果進行了進一步表征。

研究人員使用HORIBAXploRA INV拉曼成像光譜儀和NanoRaman系統對P-GERTs探針的拉曼增強效果進行表征，發現：P-GERTs拉曼信號增強因子高達5 × 10⁹，相較于常見的拉曼探針提高了1-3個數量級，實現了*的拉曼信號。

結合HORIBA拉曼成像技術（Duoscan成像模式和Swift數據處理方式），研究人員進一步發現成像單點采集時間僅為0.7 ms /像素，成像速度大幅提升。在低至370 uW功率時6秒內就獲得高分辨單細胞拉曼成像（2500個像素），52秒內獲得高對比度大范圍（3.2 × 2.8 cm²）的小鼠活體前哨淋巴結拉曼成像，表現出良好的信號均一性和光穩定性。 

“多熱點”縫隙增強拉曼探針結果圖

a) 示意圖；b) 單細胞透射電鏡圖；c) 明場圖

d) 高分辨快速拉曼成像圖 (50×50像素)

e) 高對比度大范圍 (3.2×2.8cm²) 的小鼠活體前哨淋巴結拉曼成像

上海交通大學葉堅教授團隊的這項研究結果表明：P-GERTs作為超亮和超穩定的SERS探針，為克服目前SERS生物成像發展瓶頸，實現高速、高對比度超靈敏的細胞和生物組織成像提供了新機會。

文章作者&論文直達

文章作者：Yuqing Zhang, Yuqing Gu, Jing He, Benjamin D. Thackray, Jian Ye*

題目&雜志：Ultrabright gap-enhanced Raman tagsfor high-speed bioimaging. Nature Communications, 2019, 10, 3509.

致謝：葉堅課題組提供論文

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