Dynamic Liquid Surface Enhanced Raman Scattering Platform Based on Soft Tubular Microfluidics for Label-Free Cell Detection
基于微流控技術(shù)的表面增強(qiáng)拉曼在細(xì)胞檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用
引言：
表面增強(qiáng)拉曼光譜（Surface-enhanced Raman Spectroscopy， SERS）是指當(dāng)一些分子被吸附到某些粗糙的金屬表面上時(shí)，由于樣品表面或近表面的電磁場(chǎng)的增強(qiáng)導(dǎo)致吸附分子的拉曼散射信號(hào)比普通拉曼散射(NRS) 信號(hào)大大增強(qiáng)的現(xiàn)象，現(xiàn)已被證明是一種快捷高效的光譜學(xué)檢測(cè)方法。SERS具有較高的檢測(cè)靈敏度，極易適用于弱信號(hào)樣品的檢測(cè)，但在實(shí)際應(yīng)用中，SERS技術(shù)的重復(fù)性和檢測(cè)限一直難以兩全。因此，SERS技術(shù)的重復(fù)性與靈敏度一直是科學(xué)研究的重點(diǎn)。
研究成果：
近日，由西安電子科技大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院的胡波課題組提出了一種基于軟管微流控的動(dòng)態(tài)流體SERS平臺(tái)，有效解決了目前SERS檢測(cè)中存在的問題，并將其成功應(yīng)用于乳腺癌細(xì)胞的檢測(cè)與分類，該平臺(tái)有望成為液體環(huán)境中無標(biāo)記細(xì)胞檢測(cè)的強(qiáng)大工具，并且在細(xì)胞學(xué)研究、臨床診斷和食品安全等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
傳統(tǒng)的測(cè)試方法與微流控技術(shù)的優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比：
傳統(tǒng)的SERS測(cè)量方法有兩種：靜態(tài)固相及靜態(tài)液相兩種方法。靜態(tài)固相SERS檢測(cè)由于分析物與納米顆粒在基底上難以實(shí)現(xiàn)均勻混合分布，往往在同一次檢測(cè)中難以獲得強(qiáng)度均一的光譜信號(hào)。而靜態(tài)液相雖然可以在一定程度上解決分析物與納米顆粒在空間尺度上的均勻分散問題，但是由于液體處于靜止?fàn)顟B(tài)，存在混合時(shí)間不確定、不規(guī)則散射、局部加熱和光離解等問題，因此很難保證光譜重現(xiàn)性。此外，這兩種方法還都需要預(yù)混合、干燥等預(yù)處理步驟，以及混合時(shí)間長等缺點(diǎn)。
微流控技術(shù)作為快速處理小體積流體的一種技術(shù)，當(dāng)和SERS技術(shù)聯(lián)用組成微流控-SERS系統(tǒng)時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)流動(dòng)條件下的SERS光譜的連續(xù)采集，在提高SERS檢測(cè)重復(fù)性的同時(shí)也增加了檢測(cè)效率。
然而傳統(tǒng)的微流控芯片加工制備需要造價(jià)高昂的潔凈室，且過程耗時(shí)耗力。其他無需潔凈室的微流控芯片加工方法仍需昂貴且專業(yè)的儀器，加工精度在一定程度上受到限制。西安電子科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)采用商用、生物相容、透明的微軟管嵌入3D打印支撐模板中組成的軟管微流控SERS平臺(tái)，能夠動(dòng)態(tài)地混合溶液、精確地控制混合時(shí)間并且能夠用于SERS光譜的連續(xù)采集。
與傳統(tǒng)靜態(tài)固相和靜態(tài)液相測(cè)量方法相比，動(dòng)態(tài)流體SERS平臺(tái)通過對(duì)模型分子的表征，分別以1.90%和4.98%的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差展現(xiàn)了良好的穩(wěn)定性和重復(fù)性。
此外，利用該平臺(tái)采集三種乳腺細(xì)胞的拉曼光譜：正常(MCF-)10A)乳腺細(xì)胞及輕度惡性腫瘤(MCF-7)惡性(MDA-MB-231)乳腺癌細(xì)胞3例獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合K近鄰(K-NN)算法的分類鑒定，實(shí)現(xiàn)了靈敏度在83.3%以上，特異性在91.6%以上，準(zhǔn)確度為94.4%的無標(biāo)記細(xì)胞檢測(cè)。
基于軟管微流控的動(dòng)態(tài)流體SERS平臺(tái)具有加工成本低、制作方法簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，豐富了微流控芯片的加工制備技術(shù)。而且可在短時(shí)間內(nèi)采集大量連續(xù)流體的SERS光譜，具有快速、通用、靈敏、可靠、低成本和不需要預(yù)處理的優(yōu)點(diǎn)。該平臺(tái)有望成為液體環(huán)境中無標(biāo)記細(xì)胞檢測(cè)的強(qiáng)大工具，并且在細(xì)胞學(xué)研究、臨床診斷和食品安全等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
這一成果近期發(fā)表在Analytical Chemistry 上，該文章是西安電子科技大學(xué)胡波課題組完成，文章的第一作者是西安電子科技大學(xué)碩士研究生續(xù)小丁和博士后趙磊。文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.analchem.9b01111
本研究采用的是北京卓立漢光儀器有限公司“Finder One”微區(qū)激光拉曼光譜系統(tǒng)，如需了解該產(chǎn)品，歡迎咨詢我司。
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