细胞是一切生命活动的基本单位。生命的所有代谢活动归根到底都是靠细胞实现。在多细胞生物体内,机体根据生理状态,分泌信号分子如神经递质、激素、细胞因子等并释放到细胞外环境,作用于靶细胞,调节其细胞状态,最终调节整个生命体的生理过程。监测细胞外环境中的这些分子可以研究细胞的分裂、分化或凋亡等关键行为。拉曼光谱能获得分子的本征信息,无损伤,无光漂白现象且避免了水和Co2的影响,适合原位状态下追踪细胞或生命体的活动。表面增强拉曼光谱(Surface Enhanced Raman Spectroscopy,SERS)具有极高的灵敏度,克服了常规拉曼信号低的弱点。目前SERS技术在生物领域已经取得了广泛的应用,但是,如何在保证细胞正常生长的状态下可靠的进行检测仍具挑战。此外,细胞体系的组分以及各组分与SERS基底之间的作用都很复杂,导致细胞的SERS光谱不是纯物质信号的简单线性组合,需要更高效的分析手段。本论文将原位培养装置与SERS基底结合,采用有标记和无标记两种策略,追踪了细胞的黏附和凋亡过程,对细胞近膜区域的变化进行了分析。主要内容和成果如下:1.利用4-巯基吡啶(4-MPy)修饰金纳米基底,构建了高效的pH传感基底,系统地表征了基底的pH响应效果、灵敏度、稳定性、循环性能和可靠性。利用该基底分析了不同细胞的细胞外pH分布,发现低密度条件下单个癌细胞的pHe高于癌组织中高密度癌细胞的pHe。接着追踪了 TGF-β刺激人舌鳞癌细胞TCA-8113和SCC-4凋亡过程中的细胞外pH的时空变化,发现细胞凋亡过程中外环境的酸化存在先快后慢的过程,在凋亡中后期,由于细胞膜通透性增加,细胞内外的pH差异逐步减少直至消失。2.利用碘离子修饰SERS基底除杂的方法,去除SERS基底上的杂质,对无血清培养基中的CaSki细胞进行SERS检测,获得了高信噪比与重现性的谱图。结合PCA与K-means聚类等数学处理方法,解析光谱的主成分与空间差异性,发现SERS信号的贡献主要来自于色氨酸和苯丙氨酸的生色团,并且通过载荷浓度推测细胞膜上蛋白质的分布情况。