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光纳科技(R):开创食品安全检测手提实验室之先河——访欧普图斯光学纳米科技有限公司市场和销售副总裁陆惠宗博士
欧普图斯光学纳米科技有限公司(OptoTrace Technologies, Inc.,简称光纳科技(R))2003年成立于美国加州硅谷,2007年在北京成立中国公司,成立以来一直致力于表面增强拉曼光谱技术及应用的研究,并获得多项国际专利.在全球经济不景气的大形势下,光纳科技(R)于200g年第1季度成功完成了二期融资,大大加快了其在多个领域的技术应用和产品开发速度.究竟何为表面增强拉曼光谱?RamTracer(R)系列拉曼光谱检测系统有哪些特点和优势?带着这些问题,本刊记者采访了光纳科技(R)市场和销售副总裁陆惠宗博士.
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薄层色谱-表面增强拉曼光谱法快速检测改善睡眠类保健食品的主要成分及其光谱表征
目的 建立薄层色谱(TLC)与表面增强拉曼光谱(SERS)联用技术对改善睡眠类保健食品的主要成分(褪黑素、维生素B6)的快速检测新方法.方法 以环己烷-乙酸乙酯,乙醇(5∶3.5∶2,V/V)为展开剂,利用TLC将改善睡眠类保健食品中主要成分与保健食品基质初步分离,在UV254nm下检测定位;以780 nm激光为激发波长,水相银胶溶液为表面增强剂,采用SERS法对TLC上的微量成分进行原位定性检测.通过模拟阳性样品试验,考察保健食品基质对褪黑素、维生素B6的TLC-SERS的影响,并考察褪黑素及维生素B6的检出限,并随机对市售4种改善睡眠类保健食品进行检测.结果 褪黑素、维生素B6的TLC-SERS与相应对照品的拉曼光谱特征峰存在明显相关性;保健食品的基质对褪黑素和维生素B6的检测不存在干扰;褪黑素和维生素B6的检出限为10、5 μg.市售改善睡眠类保健食品主要成分的TLC-SERS与褪黑素或维生素B6基本相同.结论 本法准确、灵敏、快速、简单,为检测混合样品等复杂体系主要成分的定性鉴别检测提供一种有效方法.
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唾液的拉曼光谱用于疾病诊断的初步研究
表面增强拉曼光谱技术是近年来快速发展的一种痕量特征标记性物质检测技术,可达到分子识别水平,且具有快速、测量条件要求低、可重复性好、无污染等优点;人体唾液中含有大量体征相关的特异性蛋白质和分泌物质,唾液检测具有无创、获取方便、适合开展大规模普查等优点.表面增强拉曼光谱检测技术可以快速对唾液进行检测,二者的结合有可能成为一种适合普查的快速检测方法.本文采用便携式表面增强拉曼光谱检测仪器对44例吸毒者、45例艾滋病患者、11例肺癌患者和11例乳腺癌患者以及55例健康对照组的唾液进行测试,获取所有样本的拉曼光谱.应用支持向量机和随机森林方法对以上样本的拉曼光谱数据进行统计学分类.分析结果证实,对唾液样本的拉曼光谱检测技术可以有效地区分上述患者与健康人群.采用表面增强拉曼光谱进行唾液检测可能成为某种疾病早期诊断的一种有效方法.
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基于微流控芯片SERS生物传感器的发展与应用
表面增强拉曼光谱(surface enhanced Raman spectroscopy,SERS)作为一种新兴的、具有超高灵敏度无标记指纹的高级痕量分析技术,与微流控芯片相结合用于光流体检测可以实现快速、无损伤检测分析.稳定、重现、高强度、高灵敏度的SERS信号是获取有效生物传感信息的首要条件.大量研究表明,可控性金属纳米粒子聚集体或纳米颗粒阵列对产生上述SERS信号至关重要.本文综述了利用电场、磁场形成可控性金属纳米粒子聚集体、固体SERS活性基底对高灵敏度SERS信号的增强和重现作用,固态SERS活性基底对其体表面积的增加作用,以及SERS生物传感器在临床免疫测定中的应用等方面的研究进展,为进一步深入研究贵金属纳米结构对SERS信号的增强、重现机制,特别是SERS生物传感器的应用提供参考,同时也为通过优化设计固态SERS活性基底进而实现便携、智能的SERS生物传感器系统提供一定的科学依据.
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基于核酸适配体SERS技术快速检测大肠埃希菌O157∶H7的研究
目的 基于核酸适配体表面增强拉曼技术(SERS),建立一种快速检测大肠埃希菌O157∶H7的方法. 方法 将大肠埃希菌O157∶H7与其特异性适配体共孵育,采用原位还原纳米银方法在大肠埃希菌O157∶ H7-适配体表面原位还原纳米银颗粒,形成纳米银壳,通过SERS技术特异性检测目标细菌. 结果 在500～1 900 cm-1范围内采集拉曼信号,在735 cm-1、1 331 cm-1、1 578 cm-1处发现拉曼特征峰.对检测到的拉曼信号峰进行归属分析,735 cm-1来自胞嘧啶与尿嘧啶的代谢产物,1 331 cm-1归属于鸟嘌呤代谢产物,1 578 cm-1归属于蛋白质中酰胺Ⅰ和酰胺Ⅲ.将大肠埃希菌O157∶H7、单增李斯特氏菌、肠炎沙门氏菌、福氏志贺氏菌、大肠埃希菌DH5α混合,通过SERS可快速检出目标细菌大肠埃希菌O157∶H7.试验的重复性良好,低检测限为10 cfu/ml. 结论 基于核酸适配体SERS技术,建立的大肠埃希菌O157∶H7快速检测方法的特异性和灵敏性高、操作简单、省时,费用低,可用于临床大肠埃希菌O157∶H7感染的快速检测.
关键词： 核酸适配体 原位还原纳米银 表面增强拉曼光谱 大肠埃希菌O157∶H7 -
表面增强拉曼光谱在胃癌诊断和分期中的应用
目的 探讨表面增强拉曼光谱技术(surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS)在胃癌(gastric cancer, GC)诊断中的应用价值, 并评估SERS在GC分期中的可行性.方法 利用InVia+Plus型激光共焦显微拉曼光谱仪检测63例经病理学确诊GC患者, 45例GC前病变患者, 50例健康志愿者的血清, 分析不同血清SERS光谱的特征, 采用单因素方差分析(ANOVA)、独立样本 t检验、主成分分析(principal component analysis, PCA)、线性判别分析(linear discriminant analysis, LDA)等统计分析方法进行统计学处理, 利用受试样品工作特征曲线(receiver operating characteristic curve, ROC)评价诊断效能.差异, 在725、1099、1133、1589/cm位移处, GC组血清SERS强度高于正常组;在1004、1328、1446、 1657/cm位移处, GC前病变组和GC组血清SERS强度均弱于正常组. 相比正常组和癌前病变组, GC患者血清在815/cm处有特征峰. 在1133、1446、1589/cm位移处, GC TNM Ⅲ-Ⅳ期患者血清SERS强度明显强于Ⅰ-Ⅱ期;在1004/cm位移处, Ⅰ-Ⅱ期血清SERS谱峰强度则明显强于Ⅲ-Ⅳ期. 利用PCA-LDA统计方法得到SERS技术诊断GC的灵敏度、特异性和准确率分别为96.8％(61/63), 78％(39/50)和88.5％(100/113);ROC曲线下面积为0.927;SERS技术区分GC TNM Ⅰ-Ⅱ期和Ⅲ-Ⅳ期的灵敏度、特异性和准确率分别为 97.5％(39/40), 73.9％(17/23)和88.9％(56/63);ROC曲线下面积为0.857.结论 基于表面增强拉曼光谱技术对GC、GC前病变及健康人的血清进行检测和分析, 可有效鉴别GC、GC前病变及健康人, 并且能够对不同分期的GC做出有效区分, 有望成为GC的早期诊断、临床决策指导以及预后评估的新方法.
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表面增强拉曼光谱技术在农药福美双检测中的应用
目的：制备具有表面增强拉曼光谱（surface-enhanced Raman spectroscopy ，SERS）性能的复合基底并用于农药福美双的检测。方法通过沉积法制备具有粗糙金属表面的金基底，经氨基化处理后与银溶胶结合，形成金基底／银纳米粒子复合基底。以对巯基苯胺（ PATP）为探针分子，比较复合基底和金基底拉曼强度。结果与结论与金基底相比，复合基底对PATP具有更强的拉曼增强效果。复合基底用于检测农药福美双，其检测灵敏度可达10－9 mol／L。应用金基底／银纳米粒子复合基底的SERS可定量检测福美双。
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表面增强拉曼光谱在化学恐怖物质检测中的应用进展
在应对和处置涉及化学恐怖物质的突发公共安全事件中,实现实时快速、准确可靠、高灵敏的现场侦检非常关键.表面增强拉曼光谱技术因其灵敏、快速、便携等特性,在化学恐怖物质的侦检领域逐渐受到重视.该文综述了这一技术在化学战剂及相关物质、生物毒素检测中的应用进展,并分析了其应用前景.
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氧化石墨烯和氧化石墨烯/银纳米粒子SERS基底制备及初步评价
目的 利用表面增强拉曼光谱散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)能提供独特的分子振动信息的特点制备具有SERS性能的纳米材料,并以对巯基苯胺(PATP)为标记分子对其SERS性能进行评价.方法 通过微波法制备粒径均匀、性能稳定的银纳米粒子(AgNP),利用自组装方式使氧化石墨烯(GO)与AgNP经3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)耦合形成复合材料,以毛细管作为载体,结合PATP标记分子评价基底的性能.结果GO/AgNP复合基底的拉曼强度高于GO,检测PATP分子的灵敏度可达10-9mol/L.结论 制备的GO/AgNP复合材料作为SERS基底可增强SERS效应,是一种有效的SERS活性基底.
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拉曼光谱在药物分析中的应用
自1928年发现拉曼现象和随之建立拉曼光谱法以来,经过近八十年来科学工作者的不懈努力,拉曼光谱已经得到了很大的发展.特别是20世纪90年代之后,随着光纤样品探头、组合光学设计、计算机以及数据获取、处理、分析等技术的发展,解决了仪器的一些局限,从而使拉曼光谱仪的性能得到很大提高,使其更具有实际应用的价值.本文将着重介绍近年来傅立叶变换拉曼光谱和表面增强拉曼光谱技术在药物分析中的一些应用.
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表面增强拉曼光谱法检测微量添加物质的研究
目的 快速、简便、准确地检测中成药与食品中的微量非法添加物质.方法 用表面增强拉曼光谱法对市场上添加了微量物质的中成药及食品进行检测.结果与结论 该方法快速、简便、准确,检测结果与用传统方法检测的结果相吻合.
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黄芪表面增强拉曼光谱研究
目的 研究黄芪饮片的表面增强拉曼光谱.方法 采用盐酸羟胺还原硝酸银制备银胶,以银纳米粒子为增强基底检测黄芪饮片样本表面增强拉曼光谱(SERS).检测获取并对比分析黄芪饮片样本的常规拉曼光谱和SERS,探讨黄芪饮片样本与银胶混合后的表面增强效应,并对所获得的黄芪饮片SERS信号进行初步谱峰归属.结果 在常规拉曼检测中,由于较强的荧光背景干扰,只能分辨出少量的拉曼特征峰,而SERS技术能有效淬灭荧光,同时显著增强黄芪饮片样本的拉曼信号.黄芪饮片SERS光谱中在537、621、733、958、1 032、1 117、1 245、1 326、1 402、1 467 cm-1处都可观察到明显的拉曼特征峰,其中733 cm-和1 326 cm-1为强SERS信号.通过谱峰指认可将获得的SERS峰位分别归属于葡萄糖、乙酰胺等生化物质及其分子结构.结论 SERS技术可为黄芪或其他中药饮片生化检测分析、质量监控、鉴别提供一种新颖、快速、有效的检测新方法.
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壳聚糖基金纳米棒自组装纳米球的制备与表征
目的 通过壳聚糖衍生物表面的巯基与金元素形成非常强的Au-S键,制备表面带有金纳米棒(GNRs)的自组装纳米球CS-GNRs.方法 用透射电子显微镜观察自组装纳米球的形貌特征,动态激光粒度分析仪检测其粒度分布,紫外-可见分光光度计检测其光学特性及其性质改变,同时对其表面增强拉曼光谱(SERS)效应进行检测.结果 该纳米球形态良好、粒径均一、分散性好,并且结晶紫(CV)在壳聚糖纳米金杂化纳米球表面的拉曼增强因子可达2×103.结论 该纳米球在分子检测和拉曼光谱效应检测方面具有潜在的应用价值.
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低频弱脉冲电磁场作用下成骨细胞的实时表面增强拉曼光谱研究
目的:弱强度的低频电磁场可促进成骨细胞的增殖、分化和钙盐分泌,进而加速伤骨愈合、加快骨组织代谢,为揭示低频弱脉冲电磁场影响成骨细胞的初始效应,应用表面增强拉曼光谱技术探索电磁场对成骨细胞的作用机制.方法:用出生5 d的Wistar品系小鼠的颅骨接种成骨细胞并传代.应用表面增强拉曼光谱技术实时的方法采集不同磁场作用时间内低频率(50 Hz)、低强度(0.30 mT)脉冲电磁场作用下的成骨细胞的拉曼光谱.每隔1 min采集一次,至作用8 min止;并与电磁场作用前采集的拉曼光谱做比对.结果:比较电磁场作用前后和作用8 min内不同时刻的拉曼光谱,可知其对成骨细胞膜蛋白和磷脂分子的构象有一定影响:表征膜蛋白中氨基酸侧链和磷脂C-C键骨架的特征峰的位移只发生了小幅变化,说明实验电磁场对细胞膜无损伤作用;在其作用之初的4.0-5.0 mm内,表征蛋白质构象信息的6个拉曼特征峰的相对强度随时间逐渐增加,揭示了构象发生改变的膜蛋白数量随电磁场作用时间的延长而增多.结论:实验探测到成骨细胞对低频脉冲电磁场的初响应机制,表现为膜蛋白构象的有序变化.这为进一步探索由电磁刺激而激活的成骨细胞一系列信号转导通路的上游机制提供了有力的依据.
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电流作用后成骨细胞表面增强的拉曼光谱
目的:多种实验已获知弱强度的电流可促进成骨细胞的增殖、分化和钙盐分泌,进而加速骨伤愈合,加快骨组织代谢.利用表面增强拉曼光谱,可在单细胞水平观察电流刺激下成骨细胞质膜蛋白结构的变化.方法:实验于2006-06/08在南开大学泰达应用物理学院完成.出生4 d的昆明品系乳鼠6只,体质量约50 g,将1×109 L-1密度的成骨细胞用2.5 g/L胰酶消化下来,置入到5 mmol/L葡萄糖溶液(D-Hanks配置)中.做拉曼光谱的时候取出100μL含有成骨细胞的D-Hanks溶液,使一些成骨细胞固定到CaF2载玻片上.然后应用表面增强拉曼光谱技术,采集0.4 mA和1.3 mA不同电流强度作用下成骨细胞的拉曼光谱,并与电磁场作用前采集的拉曼光谱做对比.结果:①成骨细胞加电流前后,分别得到30个细胞的拉曼光谱,并利用软件origin 7.0算出拉曼光谱的平均相对强度.②根据电流作用前10个细胞的拉曼光谱的相对峰值的平均值和电流作用后10个细胞的拉曼光谱的相对峰值的平均值,得出成骨细胞在受电流作用后,拉曼光谱中11个强峰的相对强度有明显的下降,表明在电流的作用后,成骨细胞膜蛋白构象有很大的变化.③表征蛋白质C-N伸缩振动的谱线1132 cm-1的相对强度,在受两种电流作用后,分别增加了128.57%、57.14%,表明细胞质膜蛋白从有序状态转变为无序状态.结论:成骨细胞质膜蛋白在经过电流作用后,细胞膜结构发生较大变化,电流对稳定蛋白质二级结构的氢键和盐键有明显的影响.并且预示拉曼光谱有做为一种潜在的研究骨组织疾病诊断工具的可能性.
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乳腺纤维腺瘤表面增强拉曼光谱学特点及其临床意义
目的：采用壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱（SHINRES）检测乳腺纤维腺瘤和正常乳腺组织，通过探讨乳腺纤维腺瘤光谱学特点，探讨乳腺纤维腺瘤的生物学特征和鉴别方法。方法：收集乳腺外科手术患者的乳腺组织冰冻切片，共26例，均为女性，年龄19～59岁，乳腺纤维腺瘤17例，正常乳腺组织9例。冰冻切片解冻后先行普通拉曼光谱检测，加壳层隔绝纳米粒子（SHINs）后再次检测。共收集了243个拉曼光谱和273个SHINRES光谱，所有的光谱均进行基线修正拟合，再将所有的光谱用 Adjacent-Averaging算法进行15点平滑。结果：普通拉曼光谱检测，正常乳腺组织特征峰出现在1090、1157、1262、1300、1442、1658、1745和1874 cm-1；在加入SHINs后，少数特征峰的峰位出现2～3 cm-1位移，其中1090和1157 cm-1相对强度明显增加，出现1496 cm-1特征峰。纤维腺瘤主要的特征峰出现在751、880、930、1157、1262、1442、1579、1658和1745 cm-1，其中主导的特征峰应归属为脂类，但可见蛋白酰胺Ⅰ带特征峰。结论：拉曼光谱能够发现乳腺正常组织和纤维腺瘤组织中明显的蛋白酰胺Ⅰ带特征峰的差异。利用 SHINs对不同类型的乳腺组织大增强的特征峰不同以及特征峰的大增强倍数不同，可以区分乳腺纤维腺瘤和正常乳腺组织。
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壳层隔绝纳米粒子增强光谱方法检测乳腺导管内癌组织的生物学特性
目的:采用壳层隔绝纳米粒子增强光谱(SHINERS)检测乳腺导管内癌(DCIS)组织和正常乳腺组织,探讨乳腺DCIS的生物学特征和鉴别方法.方法:收集行乳腺外科手术的17例患者的乳腺组织冰冻切片,包括乳腺DCIS组织8例,正常乳腺组织9例.冰冻切片解冻后先行普通拉曼光谱检测,加入壳层隔绝纳米粒子(SHINs)后再次检测.共收集223个拉曼光谱和231个SHINSERS,所有光谱均进行基线修正拟合,将所有光谱用Adjacent-Averaging算法进行15点平滑.结果:正常乳腺组织特征峰出现在1 090、1 157、1 262、1 300、1 442、1 658、1 745和1 874 cm-1;在加入SHINs后,少数特征峰的峰位出现2～3 cm-1位移,其中1 090、1 157 cm-1相对强度明显增加,出现1 496 cm-1特征峰.普通拉曼光谱可见乳腺DCIS组织光谱有多个核酸特征峰(包括878、1 086和1 157 cm-1);加入SHINs后,明显出现1 004、1 157、1 526和1 658 cm-1相对强度增加,脂类的特征峰1 745 cm-1和1 442 cm-1左右为C=O和CH2伸缩振动,乳腺DCIS组织相对于正常组织表现出2～3 cm-1蓝移;核酸的特征峰1 090 cm-1蓝移至1 086 cm-1.结论:拉曼光谱能够发现乳腺DCIS组织DNA和蛋白质与正常乳腺组织之间的差异,SHINERS可以用来区分乳腺DCIS和正常组织.
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壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱检测乳腺浸润性导管癌组织的生物学特点及其临床意义
目的：采用壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱（SHINERS）技术检测乳腺浸润性导管癌（IDC）组织和正常乳腺组织，探讨乳腺 IDC的光谱学特点、生物学特征和鉴别方法。方法：收集行乳腺外科手术患者的乳腺组织冰冻切片，共24例，均为女性，年龄27～59岁；其中乳腺 IDC组织15例，正常乳腺组织9例。冰冻切片解冻后先行普通拉曼光谱检测，加壳层隔绝纳米粒子（SHINs）后再次检测。共收集了263个拉曼光谱和249个SHINERS光谱，所有光谱均进行基线修正拟合，再将所有的光谱用 Adjacent-Averaging 算法进行15点平滑。结果：正常乳腺组织特征峰出现在1090、1157、1262、1300、1442、1658、1745和1874 cm-1；在加入SHINs后，少数特征峰的峰位出现2～3 cm-1位移，其中1090和1157 cm-1相对强度明显增加，出现1496 cm-1特征峰。乳腺 IDC组织普通拉曼光谱检测可见多个核酸特征峰（包括878、1086和1157 cm-1）；加入SHINs后，明显看到1004、1157、1526和1658 cm-1相对强度增加，脂类的特征峰1745和1442 cm-1为C＝O和CH2伸缩振动， IDC 组织相对于正常组织表现出2～3 cm-1的蓝移；类胡萝卜素的特征峰出现在1527 cm-1；核酸的特征峰1090 cm-1蓝移至1086 cm-1。结论：拉曼光谱能够发现乳腺 IDC组织 DNA、蛋白质及类胡萝卜素与正常乳腺组织的差异。SHINERS对不同类型的乳腺组织大增强的特征峰不同，可以用来区分乳腺 IDC组织和正常乳腺组织。
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用薄层色谱-表面增强拉曼光谱法快速检测舒芬太尼的大鼠血浆浓度
目的:建立一种可快速检测大鼠血浆中舒芬太尼浓度的薄层色谱表面增强拉曼光谱法(thin layer chromatography-surface enhanced Raman spectroscopy,TLC-SERS).方法:以二氯甲烷-甲醇(9∶1.2)为展开剂,采用TLC法对血浆样品进行分离,然后用SERS法对舒芬太尼进行定性、定量分析.将舒芬太尼的浓度与拉曼位移1004 cm-1处的特征峰强度做线性回归,考察该方法的标准曲线、检测限和回收率.结果:舒芬太尼在0.85～ 85.00 μg/ml浓度范围内与SERS在1004 cm-1处的峰强度呈良好线性关系,检测限为0.85 μg/ml,低浓度(4.25 μg/ml)和高浓度(42.50 μg/ml)的回收率分别为(86.00±8.15)％和(103.45±3.59)％(n=3).结论:本研究为血浆中舒芬太尼的浓度检测提供了一种便捷、快速、低成本的检测方法.
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薄层色谱-表面增强拉曼光谱法快速检测染色掺伪的西红花
目的 建立一种薄层色谱-表面增强拉曼光谱法对染色掺伪的西红花进行检测.方法 将乙醇溶液润湿的西红花按压在表面喷有银溶胶的薄层板上,然后对按压区域进行表面增强拉曼散射(SERS)检测.依次对润湿剂的浓度、银溶胶的喷洒时间和喷洒量等因素进行优化.结果 成功检测经金胺O、新品红、柠檬黄和胭脂红4种常见染料染色的西红花药材.结论 薄层色谱-表面增强拉曼光谱法可实现对染色西红花简单、快速、灵敏的检测要求,并满足现场快速检测的需求.
