【摘 要】
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目前医疗保健和即时检测应用的需求不断增长,因此用于超灵敏生物传感和疾病诊断的新型高性能光学标签的研制成为了研究热点。拉曼光谱具有无水干扰的特性,极其适用于生物医学领域的应用,而且得益于表面增强拉曼散射（SERS）、受激拉曼散射（SRS）等信号增强手段,拉曼光学标签开始在生物医学传感分析领域蓬勃发展。以SERS标签为代表,其光稳定性高,易于多重编码,近红外（NIR）激发降低干扰自发荧光等优势在生物传
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目前医疗保健和即时检测应用的需求不断增长,因此用于超灵敏生物传感和疾病诊断的新型高性能光学标签的研制成为了研究热点。拉曼光谱具有无水干扰的特性,极其适用于生物医学领域的应用,而且得益于表面增强拉曼散射（SERS）、受激拉曼散射（SRS）等信号增强手段,拉曼光学标签开始在生物医学传感分析领域蓬勃发展。以SERS标签为代表,其光稳定性高,易于多重编码,近红外（NIR）激发降低干扰自发荧光等优势在生物传感检测、细胞成像及活体分析应用中得到了充分发挥。但是面对体液、细胞及活体组织这样极为复杂的生物体系,拉曼标签的实际应用性能还有待提高。分析检测过程中增强信号稳定性与可重复性的提升需要通过构造可控热点来实现;而更具实用价值的高精度成像分析则需要信号输出模式的创新。本论文基于新型拉曼标签构建和新型信号输出模式两点,致力于复杂生化体系中致病污染物及生物标志物的传感检测与成像,开展了如下研究工作:1.构建简易灵敏SERS标签检测致病污染物双酚A（BPA）。BPA是致病环境污染物,会破坏人体内分泌系统,导致免疫功能下降,生殖受损。我们设计了壳聚糖功能化的Au@Ag纳米粒子作为SERS标签,结合具有BPA特异识别性的核酸适配体作为传感平台,实现了瓶装水中的痕量BPA的快速检测,该方法的线性浓度范围为0.01-1 ng/m L,检出限可以低至2.8 pg/m L,灵敏度比其他报道过的BPA传感技术低两到三个数量级。2.新型“点击”SERS标签用于细胞凋亡蛋白酶caspase-3检测成像。细胞凋亡的检测和监测在细胞生物学和临床中具有重要意义。我们针对细胞凋亡过程中最关键的蛋白酶caspase-3,设计了一种点击SERS标签,通过全新的信号输出模式,实现了caspase-3的可靠定量分析以及细胞凋亡过程中caspase-3的精确成像。点击SERS标签的可控热点构建通过纳米金修饰poly-A互补配对实现,提升了定量分析的可靠性;选择拉曼静默区信号分子达到复杂细胞体系中高强信号背景比;全新的组合信号输出模式提高SERS成像的精确度,避免SERS标签长久以来的一大弊端,即孵育过程中探针重力沉积造成的假阳性信号。3.新型低波数区域拉曼标签用于癌细胞表面唾液酸（SA）表达成像癌细胞表面生物标志物的特异性识别对于癌细胞的可视化检测及治疗极为重要。唾液酸是一种位于癌细胞表面糖蛋白链末端过度表达的单糖,是一种广泛被认可的癌症标志物,对于唾液酸的靶向识别是辨别细胞癌变的有效手段。我们利用硒化镉纳米粒子结合氨基苯硼酸构建了一种新型拉曼光学标签,实现了癌细胞膜表面过度表达的唾液酸的成像分析。相比于已有的分子印迹结合荧光标签和普通SERS标签,该新型拉曼光学标签在细胞活动过程中信号极为稳定,且直径只有5 nm的小体积不易受到重力沉积影响造成假阳性信号,氨基苯硼酸对于唾液酸的高亲和力提升了标签的特异性,更重要的是,拉曼低波数区域(100-500cm-1)的信号输出减少了细胞内源性物质的信号干扰。
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