基于Au@Carbon点纳米探针的无标记表面增强拉曼散射生物分析

摘要

在这项研究中，我们开发了一种低成本的基于表面增强拉曼散射（SERS）的指纹纳米探针，具有良好的生物相容性，以显示无标记活细胞生物成像并检测两种细菌菌株，详细展示了如何以无损方法获得活细胞的SERS光谱。

摘要

表面增强拉曼散射（SERS）技术因其能够提供生物样品的分子指纹信息，以及在单细胞分析中的潜力，在生物医学领域受到越来越多的关注。这项工作旨在建立一种基于Au@carbon点纳米探针（Au@CDs）的无标记SERS生物分析的简单策略。在这里，多酚衍生的CD被用作还原剂，以快速合成核壳Au@CD纳米结构，由于协同拉曼增强机制，即使亚甲蓝（MB）的浓度低至^10-9 M，也能提供强大的SERS性能。对于生物分析，Au@CDs可以作为独特的SERS纳米传感器来识别生物样品的细胞成分（例如癌细胞和细菌）。结合主成分分析，可以进一步区分不同物种的分子指纹图谱。此外，Au@CDs还可以进行无标记的SERS成像，以分析细胞内组成谱。该策略提供了一种可行的、无标记的SERS生物分析，为纳米诊断开辟了新的前景。

引言

单细胞分析对于揭示细胞异质性和评估细胞的综合状态至关重要。细胞对微环境的即时反应也保证了单细胞分析¹。但是，当前技术存在一些限制。荧光检测可以应用于单细胞分析，但受到灵敏度低的限制。其他挑战来自细胞复杂的荧光背景和^{长期照射下的}荧光光漂白2。表面增强拉曼散射（SERS）由于其优点，在单细胞分析方面可能符合条件，包括（1）反映固有的分子指纹信息和瞬时情况，（2）超高的表面灵敏度，（3）方便的多重检测，（4）高光稳定性，（5）检测可以量化进行比较分析，（6）避免近红外波长激发的细胞自发荧光，（7）可以在细胞水中进行检测环境，以及（8）检测可以指向小区³、^4、5内的特定区域。

有两种广泛认可的机制可以将SERS理解为一种基本现象：电磁增强（EM）作为主要原因和化学增强（CM）。EM是指在给定频率的激发场中，当入射光的频率与金属中振荡的自由电子的频率相匹配时，由电磁波驱动的集体电子的振荡，从而产生表面等离子体共振（SPR）。当局部SPR（LSPR）通过入射激光撞击金属纳米颗粒（NPs）发生时，它会导致入射光的共振吸收或散射。因此，金属NPs的表面电磁场强度可以提高2到5个数量级

研究方案

1. Au@CDs的制造

注： 图 1 显示了Au@CDs的制造过程。

1. 通过典型的水热处理程序18，使用柠檬酸（CA）和没食子酸（GA）制备CD溶液。将 100 μL 3.0 mg ^mL-1 制备的 CD 溶液加入 200 μL 10 mM 氯金酸 （HAuCl₄）（参见材料表）中，在室温下持续 10 秒，直到产生紫色悬浮液。
2. 在室温下以4,000× g 离心紫色悬浮液10分钟，如果难以去除Au@CD胶体，则使用移液管轻轻除去上清液。
3. 用 200 μL 去离子水（电阻率为 18.2 MΩcm）重悬Au@CDs以洗涤多余的 CD。
4. 重复步骤1.2并获得核壳NP，重新分散在100μL去离子水中，并储存在4°C。 NP可以存储1个月。

2. Au@CDs的表征

1. 透射电子显微镜
   1. 将CD和Au@CD样品在-80°C下过夜，从冷冻溶液中冻干，冻干成粉末后粉碎。
   2. 通过超声处理将获得的粉末样品充分分散到去离....

讨论

综上所述，已经成功制造了具有2.1 nm超薄CD外壳的Au@CDs。纳米复合材料表现出比纯金NPs更高的SERS灵敏度。此外，Au@CDs在重现性和长期稳定性方面具有出色的性能。进一步的研究包括将Au@CDs作为底物，对A549细胞进行SERS成像³¹并检测两种细菌菌株³²。已经证明，Au@CDs可以用作超灵敏的SERS探针，主要基于金NPs和CD之间的化学增强。

在以前的协议?.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
10x PBS buffer (Cell culture)	Langeco Technology	BL316A
6 well cell culture plate	LABSELECT	11110
Cell Counting Kit-8 (CCK-8)	GLPBIO	GK10001
Citric acid	Shanghai Aladdin Biochemical Technology	C108869
CO2 incubator	Thermo Fisher Technologies	3111
Constant temperature magnetic agitator	Sartorius Scientific Instruments	SQP
Cryogenic high speed centrifuge	Shanghai Boxun	SW-CJ-2FD
DMEM high glucose cell culture medium	Procell	PM150210
Electronic balance	Sartorius Scientific Instruments	SQP
Enzyme marker	Thermo Fisher Technologies	3111
Fetal bovine serum	Zhejiang Tianhang Biological Technology	11011-8611
Figure 1	Figdraw.
Fourier infrared spectrometer	Thermo, America	Nicolet 380
Freeze dryer	Tecan	Infinite F50
Gallic acid	Shanghai Aladdin Biochemical Technology	G104228
Handheld Raman spectrometer	OCEANHOOD, Shanghai, China	Uspectral-PLUS
HAuCl4	Guangzhou Pharmaceutical Company (Guangzhou)
High resolution transmission electron microscope	Thermo Fisher Technologies	FEI Tecnai G2 Spirit T12
High temperature autoclave	Shanghai Boxun	YXQ-LS-50S
Inverted microscope	Nanjing Jiangnan Yongxin Optical	XD-202
LB Broth BR	Huankai picoorganism	028320
Medical ultra-low temperature refrigerator	Thermo Fisher Technologies	ULTS1368
Methylene blue	Sigma-Aldrich
Pancreatin Cell Digestive Solution	beyotime	C0207
Penicillin streptomycin double resistance	Shanghai Boxun	YXQ-LS-50S
Pure water meter	Millipore, USA	Milli-Q System
Raman spectrometer	Renishaw
Sapphire chip	beyotime
Thermostatic water bath	Changzhou Noki
Ultra-clean table	Shanghai Boxun	SW-CJ-2FD
Uv-visible light absorption spectrometer	MADAPA, China	UV-6100S
Wire 3.4	Renishaw