基于纳米间隙核壳探针的可控拉曼增强和纳米滚环扩增的新型分析技术

The number and the distribution area of "hot spots" are the key scientific issues influencing the effect of surface enhanced raman scattering. However, most of previous studies were focused on the fabrication of solid phase substrates containing more "hot spots". These methods are not able to be used in quantified bioassays, and it becomes the main bottleneck restriction for its applications. Here, we plan to integrate the nano rolling circle amplification and nanogap core-shell probe for enhanced "hot spots" and high, uniform SERS effect. And then, investigate the SERS performance for the biodetection. Effective enhanced "hot spots" contributes the improvement of SERS. The work can open up a new research method for SERS and lay the theory and technique foundation of SERS applied in the bioanalysis.

"热点（hot spot）"数目及"热点"区域分布情况是影响表面增强拉曼散射（SERS）效应的关键科学问题。目前诸多研究大多专注于如何制备SERS的活性基底，且大都不适于生物检测中的定量分析，成为制约其应用的主要问题及瓶颈。本项目拟结合纳米滚环扩增技术和纳米间隙核壳探针实现 "热点"数目的提高及 "热点"区域的增加，并进一步实现高效均一的SERS效应，进而鉴定其在生物检测中的应用潜能。有效增加"热点"数目可以构建提高SERS效应关键技术，为SERS技术应用于生物分析领域开辟新的研究思路和奠定理论和技术基础。

“热点（hot spot）”数目及“热点”区域分布情况是影响表面增强拉曼散射（SERS）效应的关键科学问题。目前诸多研究大多专注于如何制备SERS 的活性基底，且大都不适于生物检测中的定量分析，成为制约其应用的主要问题及瓶颈。本项目拟结合纳米滚环扩增技术和纳米间隙核壳探针实现 “热点”数目的提高及 “热点”区域的增加，并进一步实现高效均一的SERS 效应，进而鉴定其在生物检测中的应用潜能。有效增加“热点”数目可以构建提高SERS 效应关键技术，为SERS 技术应用于生物分析领域开辟新的研究思路和奠定理论和技术基础。项目中，我们制备了基于DNA介导的Au@Au核壳间隙SERS（表面增强拉曼散射）探针），对肿瘤细胞进行靶向的成像。结果表明，间隙核壳探针在整个制备过程中分散性良好，内部纳米间隙使得热点具有高度可控性，因而SERS信号具有较好的均一性和可重复性的。它可以很容易地被结合配体功能化，与肿瘤细胞共孵育后，在拉曼显微镜下获得了肿瘤细胞的拉曼谱图。为进一步实现肿瘤的量化检测，通过对标志物的检测提高肿瘤检测的灵敏度，我们将基于RCA (滚环扩增技术)的DNA折纸技术（DNA origami）制备了DNA带子。借助DNA带子进行对肿瘤标志物的特异性检测，最终实现了对PSA的50aM的检测水平。本文制备的两种探针对肿瘤细胞以及肿瘤标志物的识别灵敏度高、特异性好。我们制备的间隙核壳探针与荧光探针相比，具有良好的生物相容性和稳定性，其SERS信号具有较好的均一性和可重复性，是在癌症早期检测领域实现细胞拉曼成像的理想探针材料；在此基础上利用基于DNA origami的具有信号放大效果的检测体系，对肿瘤标志物的检测实现了达50aM的检测限，并且具有较强的特异性，其效果可与基于纳米粒子的生物条码技术相媲美，对于提高早期肿瘤检测的特异性和灵敏度具有重要意义。