Nat. Mater. 表面增強拉曼散射對細菌交流進行檢測及成像

CZM 7年前 (2016-08-17) 4866瀏覽

引語：表面增強拉曼散射（SERRS）可以實現單分子檢測，但是在復雜的生理環境中經常包含成百上千種分子，這些分子會對目標分子產生干擾，因此直接在生理環境下檢測目標分子還困難重重。

在自然界中大部分細菌是以生物膜（biofilm）的形式存在的，當浮游細菌粘附在物質表面后會逐漸形成菌落，這時細菌會大量分泌胞外聚合物，胞外聚合物達到一定量的時候就會將細菌完全包裹起來，對細菌起到保護的作用。生物膜的形成使得細菌的生存能力極大提高，對抗生素具有很強的抵抗能力，這對治療由細菌感染引起的疾病來說是很大的挑戰。

細菌在生物膜中是通過群體感應調節（QS）來交流的，它們會分泌一種被稱為自誘導物質的信號分子，其它細菌通過接收這些信號分子就能得到有關它們周圍環境和細菌密度的信息，從而通過調節自身基因的表達產生一系列生理反應，如細胞分化、產生抗體、產生毒性等。QS與細菌的致病能力息息相關，因此分析QS的作用機理是非常重要的。

表面增強拉曼散射（SERS，SERRS是SERS中的一種）技術經常被用來進行分子分析，它的靈敏度可以達到單分子檢測，但是在復雜的生理條件下，特定分子的信號經常會被其它分子的信號干擾，使SERRS的應用受到限制。

最近西班牙維戈大學的Gustavo Bodelón（通訊作者）和 Luis M. Liz-Marzán（通訊作者）等人設計了一種可以原位觀察QS信號代謝物的傳感器，實現了對綠濃桿菌分泌物綠膿菌素（Pyocyanin）的檢測。他們將三種不同結構的金納米顆粒分別包裹在多孔的物質中，然后在多孔物質的表面生長生物膜，生物膜的分泌物可以通過多孔物質到達金納米顆粒的表面而發出SERRS信號，這樣無需破壞生物膜就能對其觀察，加上多孔物質中的孔只允許小分子通過，大大減少了干擾的信號。

圖1 三種不同的SERS傳感器。

（a，b）水凝膠包裹金納米棒；（c，d）介孔TiO2薄膜包裹Au@TiO2納米顆粒；（e，f）介孔SiO2薄膜包裹Au@SiO2超晶格。

圖2 綠膿菌素的拉曼和SERS光譜 （a）綠膿菌素溶液；（10-14M）的紫外-可見-近紅外光吸收光譜以及其分子結構；（b）在固態和溶液（1μM）中拉曼和SERRS的光譜；（c）不同濃度綠膿菌素溶液的SERRS光譜（從下到上分別為0.1nM、1nM、10nM、... 、100μM）；（d）SERRS強度與綠膿菌素濃度的關系，圓圈、三角形、正方形分別代表水凝膠包裹金納米棒、Au@TiO2、Au@SiO2。