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仿生 SERS 传感器用于肺癌呼出标志物的超灵敏检测
点击次数:492 发布时间:2017-05-22

人类的呼出气直接来源于肺的新陈代谢,因此可以通过检测呼出气中特征标志物的改变,来反映肺部的生理或病理状态。研究发现肺癌呼出物中的特征标志物有 42 种,分属于 7 大类(烃类、醇类、醛类、酮类、酯类、腈类和芳香族化合物)。能否通过检测患者呼出物中的这些特征标志物来判断其是否患肺癌呢?近日,中国科学院化学研究所的王铁研究员团队制备了一种树枝状银纳米晶基 SERS 传感器用于肺癌呼出标志物的超灵敏检测。

 

肺癌是发病率和死亡率zui高的恶性肿瘤疾病,对人类的生命健康威胁巨大。研究发现,肺癌的筛查及早期诊断是改善预后的关键,然而由于肺癌早期缺乏特异性症状,因而早期发现困难。通过呼吸标志物的检测来诊断肺癌具有无损、直接、廉价的特点,因而成为肺癌诊断研究的热点。但受制于肺癌呼出气中特征标志物的浓度极低且湿度大等缺点,传统的检测手段在肺癌呼出标志物的检测中受到了限制。受益于贵金属表面的电磁增强及吸附分子的化学增强,表面增强拉曼散射(SERS)效应能够实现单分子的高灵敏、高选择的指纹性检测,因而成为气体分子检测的理想方法。但是,肺癌呼吸特征标志物的弱拉曼活性及固体表面气体分子难以吸附,限制了 SERS 在肺癌检测诊断方面的应用。

 

 

醛类气体分子 SERS 检测的机理图

 

王铁研究员团队采用一个可操控的 SERS 策略,来检测弱拉曼活性的醛类气体分子,达到肺癌病人早期快速诊断的目的。首先,他们仿生蛾的触角结构,利用结晶潜热的释放可控制备了枝状结构的银纳米晶。通过银枝状晶结构中形成的大量空腔结构引起“空腔涡流”效应,延长气流中的气体分子与枝状晶表面的作用时间,从而促使气体分子的沉积 / 吸附。接着,他们通过在纳米银枝状晶表面预接枝拉曼活性的探针分子——对氨基苯硫酚 (4-ATP),利用 4 -ATP 与醛类分子的亲核加成反应生成亚胺类物质,引起醛类分子捕获前后拉曼特征峰的变化,实现醛类气体分子的检测。由于 SERS 检测的本身属性,醛类气体分子的检测不受周围环境(湿度)的影响,且检测灵敏度极高,检测限达到 ppb 量级。由于极其微量的醛类气体分子可以被高灵敏捕捉和检测,这种新颖的策略在非侵入性肺癌的筛选等领域具有巨大的实际应用价值。这一成果近期发表在 Analytical Chemistry 上,文章的*作者是中国科学院化学研究所博士研究生张振。

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