表面增强拉曼光谱结合新型化学计量学模型用于细胞内物质的定量分析

Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) has many advantages such as high sensitivity, high resolution, and capability to in-situ detect minor alterations of cellular components, and hence has great potential applications in the analysis of cellular components. However, at the present stage, the precision and accuracy of SERS techniques cannot meet the requirements of quantitative analysis of real world samples. The applications of SERS techniques in the analysis of cellular components are therefore limited to qualitative or semi-quantitative analysis. This proposal aims to develop a novel SERS technique for quantitative analysis of cellular components which includes: 1) formulating a novel generalized ratiometric model for quantitative analysis of cellular components using ratiometric SERS probes; 2) designing and synthesizing several generalized ratiometric SERS probes for quantitative detection of intracellular components under the guidance of the new quantitative model; 3) establishing SERS platform for the quantification of cellular components through the combination of the synthesized ratiometric SERS probes with the generalized ratiometric quantitative model. The most significant contributions from this research will be to improve the precision and accuracy of SERS techniques for the quantitative analysis of cellular components, to provide an alternative tool for research in cell biology and bio-medical science, to promote the close integration of chemometrics with biosensor technology and widen the application area of Chemometrics.

表面增强拉曼光谱（SERS）具有高灵敏度和高分辨率等优点、可以原位检测细胞内物质的微小变化，在细胞分析领域中拥有巨大的应用潜力。然而，目前SERS定量分析结果的准确度还达不到实际定量分析应用的要求，SERS技术在细胞分析领域中的应用尚局限于定性和半定量分析。本项目拟发展和完善细胞内物质的SERS定量分析理论和技术，包括：1）根据比率型SERS探针的特点，建立广义比率型SERS定量分析模型；2）在新型定量分析模型的指导下，设计和合成多个适用于细胞内物质定量检测的广义比率型SERS探针； 3）将合成的广义比率型SERS探针和广义比率型SERS定量分析模型相结合，构建细胞内物质的SERS定量分析平台。本项目的最终研究成果将能够提高细胞内物质的SERS定量分析结果的准确度，可望为细胞生物学和生物医学等领域提供重要的检测工具，同时也将促进化学计量学与生物传感技术的紧密结合，拓展化学计量学的研究方向。

表面增强拉曼光谱（SERS）具有高灵敏度和高分辨率等优点、可以原位检测细胞内物质的微小变化，在细胞分析领域中拥有巨大的应用潜力。然而，目前SERS定量分析结果的准确度还达不到实际定量分析应用的要求，SERS技术在细胞分析领域中的应用尚局限于定性和半定量分析。针对这一问题，本项目研究的主要内容和方法，包括：1）根据比率型SERS探针的特点，建立了广义比率型SERS定量分析理论和模型；2）在SERS乘子效应模型基础上，发展了基于加标样本的校正模型参数优化策略，在理论上解决了复杂生物样本中共存物质的基质效应对光化学生物传感定量分析结果的影响问题；3）在广义比率型SERS定量分析理论的指导下，设计和合成了内嵌内标（拉曼曝光分子：4-巯基苯甲酸）的金核/银壳纳米颗粒，以及设计了多个适用于细胞内物质定量检测的核酸探针；4）研究了核酸探针与金核/银壳纳米颗粒的反应条件，合成了适用于准确定量分析活细胞内重要物质组分（如：Zn2+、K+、凝血酶等）的广义比率型SERS探针，如：DNAzyme_SERS探针、G-quadruplex_SERS探针、Aptamer_SERS探针；5）研究了广义比率型SERS探针对目标分析物的响应性能，且优化了核酸探针序列及修饰条件；6）研究了广义比率型SERS探针和广义比率型SERS定量分析模型相结合对目标分析物定量分析的性能，考虑了如何进一步优化实验条件和模型参数。本项目现有研究成果为后续SERS准确定量分析细胞内物质的含量打下了基础，可望为细胞生物学和生物医学等领域提供重要的检测工具，同时也将促进化学计量学与生物传感技术的紧密结合，拓展化学计量学的研究方向。