细胞是组成生物体结构和功能的基本单元，一切生命现象都是细胞活动的体现。细胞的生命活动是一个时刻发生变化、同时又具有显著空间差异的过程，其增殖、新陈代谢、信号转导等生命活动直接影响着人类的生长和发育，一切疾病的发生发展机制也必须以细胞病变研究为基础。因此，细胞体系研究是现代生命科学和医学研究的重要基础。然而，由于细胞体系具有复杂性、动态性和具有生命活性等特点，发展和利用无损、可靠性好、灵敏度高的分析技术对复杂细胞体系的生命活动进行研究具有十分重要的学术意义及应用价值。　　表面增强拉曼光谱(SERS)技术因其具有极高的检测灵敏度、能从分子水平上获取待测体系的本征信息，谱峰窄、适用于多组分检测、无损且不受自发荧光和水的干扰等突出优势，特别适合于生物体系，尤其是活细胞体系的研究。目前，SERS作为一种新兴光谱技术已经在生物分子、病毒、细菌、细胞、组织甚至活体等生物体系的研究中都发挥了重要作用。SERS应用于细胞体系研究的基本方法主要有直接检测和间接检测两类。直接检测法充分发挥了SERS技术能获得细胞体系本征信息的优势，但细胞体系的SERS光谱信息通常十分复杂，需要各种生物分子的标准SERS光谱作为参考对其进行可靠归属和分析;然而，由于大部分生物分子的拉曼散射截面较小且与纳米结构的作用较弱，目前获得生物分子的高灵敏、可靠SERS光谱仍然存在挑战。由于细胞内含有大量生物分子，因此利用SERS直接检测方法可以获得细胞自身组分的本征光谱信息。但对于细胞内的一些重要参数，如pH和温度等，没有能直接提供该参数特征的细胞内物质，因此需要借助外来探针作为指示，继而利用SERS间接检测方法对这些细胞的重要参数进行传感。间接检测法利用有标记分子修饰的SERS探针强信号和多功能的优势，特别适合于细胞体系微环境传感、多组分检测以及细胞成像研究。但SERS探针获得的信息可能受到细胞复杂环境的影响，因此灵敏、可靠地对细胞体系进行监测是间接检测的核心问题。此外，如何在开展研究的同时尽量保证细胞活性以及生命活动的正常进行也是细胞体系研究需要重视的问题。　　针对以上问题，本论文发展了基于SERS技术的可靠、灵敏的直接和间接检测方法来开展细胞体系的相关研究，主要内容和成果如下:　　1.发展了适用于生物分子直接检测的亚稳态SERS检测方法，通过对样品制备和SERS检测方式的改进确保了用于生物分子检测时的灵敏度和可靠性。利用基于金纳米粒子的亚稳态SERS检测方法首次获得了构成生物体各种蛋白质的20种常见氨基酸分子的高灵敏、可重现的SERS光谱，并成功拓展至多肽以及蛋白的SERS直接检测。　　2.采用小牛血清蛋白(BSA)作为保护分子对探针表面进行修饰的方法制备了基于SERS技术的pH传感纳米探针并用于活细胞内的可靠pH传感。pH传感探针主要由三部分组成:金纳米粒子作为SERS增强基底，对巯基吡啶(4-MPy)作为pH传感分子吸附在金纳米粒子表面，最外层的BSA作为保护分子层起到了避免探针严重聚集、保护信号分子的稳定性以及改善探针生物相容性的重要作用。通过系统的表征，该pH传感纳米探针表现出了优越的pH响应效果以及应用于细胞体系时的稳定性、可靠性和生物相容性。将这种灵敏、可靠的pH传感纳米探针与活细胞共孵育后进行SERS成像，获得了单个活细胞内pH分布图像。在此基础上，进一步对探针进行了穿膜肽修饰用以提高探针的细胞内化效率，实现了细胞内pH分布的高效成像以及SERS-荧光双模式成像。　　3.通过对大面积、均一、具有高增强SERS效应的金纳米粒子组装基底进行pH传感分子(4-MPy)的修饰，制备了基于SERS技术的pH传感基底用于贴壁活细胞外的可靠pH传感。首先探究了4-MPy在金纳米粒子组装基底上的吸附行为和SERS光谱变化机制并系统地表征了pH传感基底的pH响应效果、灵敏度、稳定性、循环性能、响应速度和可靠性。随后，对在pH传感基底上的贴壁活细胞进行SERS成像，获得了单个活细胞外pH分布图像。　　4.为了尽量保证活细胞研究中细胞的活性，建立了细胞原位培养与显微检测平台。通过显微观察，活细胞在原位培养状态下的生命活动状态更为活跃，体现了原位培养对于开展活细胞研究的重要性。利用细胞原位培养与显微检测方法分别开展了pH传感纳米探针细胞内化过程的原位实时成像表征，肿瘤细胞分裂过程中的可靠pH监测以及TGF-β刺激后肿瘤细胞外pH微环境变化的动态监测等初步研究。