Nat. Mater. 表面增强拉曼散射对细菌交流进行检测及成像

CZM 8年前 (2016-08-17) 5338浏览

引语：表面增强拉曼散射（SERRS）可以实现单分子检测，但是在复杂的生理环境中经常包含成百上千种分子，这些分子会对目标分子产生干扰，因此直接在生理环境下检测目标分子还困难重重。

在自然界中大部分细菌是以生物膜（biofilm）的形式存在的，当浮游细菌粘附在物质表面后会逐渐形成菌落，这时细菌会大量分泌胞外聚合物，胞外聚合物达到一定量的时候就会将细菌完全包裹起来，对细菌起到保护的作用。生物膜的形成使得细菌的生存能力极大提高，对抗生素具有很强的抵抗能力，这对治疗由细菌感染引起的疾病来说是很大的挑战。

细菌在生物膜中是通过群体感应调节（QS）来交流的，它们会分泌一种被称为自诱导物质的信号分子，其它细菌通过接收这些信号分子就能得到有关它们周围环境和细菌密度的信息，从而通过调节自身基因的表达产生一系列生理反应，如细胞分化、产生抗体、产生毒性等。QS与细菌的致病能力息息相关，因此分析QS的作用机理是非常重要的。

表面增强拉曼散射（SERS，SERRS是SERS中的一种）技术经常被用来进行分子分析，它的灵敏度可以达到单分子检测，但是在复杂的生理条件下，特定分子的信号经常会被其它分子的信号干扰，使SERRS的应用受到限制。

最近西班牙维戈大学的Gustavo Bodelón（通讯作者）和 Luis M. Liz-Marzán（通讯作者）等人设计了一种可以原位观察QS信号代谢物的传感器，实现了对绿浓杆菌分泌物绿脓菌素（Pyocyanin）的检测。他们将三种不同结构的金纳米颗粒分别包裹在多孔的物质中，然后在多孔物质的表面生长生物膜，生物膜的分泌物可以通过多孔物质到达金纳米颗粒的表面而发出SERRS信号，这样无需破坏生物膜就能对其观察，加上多孔物质中的孔只允许小分子通过，大大减少了干扰的信号。

图1 三种不同的SERS传感器。

（a，b）水凝胶包裹金纳米棒；（c，d）介孔TiO2薄膜包裹Au@TiO2纳米颗粒；（e，f）介孔SiO2薄膜包裹Au@SiO2超晶格。

图2 绿脓菌素的拉曼和SERS光谱 （a）绿脓菌素溶液；（10-14M）的紫外-可见-近红外光吸收光谱以及其分子结构；（b）在固态和溶液（1μM）中拉曼和SERRS的光谱；（c）不同浓度绿脓菌素溶液的SERRS光谱（从下到上分别为0.1nM、1nM、10nM、... 、100μM）；（d）SERRS强度与绿脓菌素浓度的关系，圆圈、三角形、正方形分别代表水凝胶包裹金纳米棒、Au@TiO2、Au@SiO2。