隨著激光的發(fā)現(xiàn)，以及后續(xù)激光器和探測器技術(shù)的進(jìn)步，以前發(fā)展緩慢的拉曼光譜進(jìn)入了一個高速的發(fā)展階段。目前，已經(jīng)證明了拉曼光譜在生物大分子分析方面的應(yīng)用價值，包括蛋白質(zhì)、DNA、活細(xì)胞、組織和微生物的檢測和診斷。
然而，拉曼散射是一個很弱的過程，只有一百萬分之一的光子才會發(fā)生彈性散射現(xiàn)象。另外一個問題，自體熒光也阻礙了拉曼技術(shù)在生物學(xué)中的應(yīng)用。幸運(yùn)的是，70年代早期，一個新穎的現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)，分子接觸(或非常接近)貴金屬表面，如銀和金，拉曼散射信號就會增加了1011倍，由此表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)也就發(fā)展起來了。除了散射增強(qiáng)之外，SERS還可以有效淬滅自體熒光。
盡管現(xiàn)在SERS在生物結(jié)構(gòu)的分析方面已經(jīng)有很多研究，但在我看來，在科學(xué)研究和臨床應(yīng)用之間還有一定的距離。此外，如果沒弄明白臨床應(yīng)用的需求和流程，這種技術(shù)也不可能轉(zhuǎn)化為真正的應(yīng)用。
例如，對于從一個生物SERS實驗中收集的數(shù)據(jù)，還有幾個問題需要仔細(xì)考慮，以得到清晰的解釋。首先，對于感興趣的樣品的SERS襯底類型需要仔細(xì)的選擇。它應(yīng)該是一個納米結(jié)構(gòu)的表面或膠體納米顆粒，如金納米顆粒(AuNP)或銀納米顆粒(AgNP)。如果樣品是活細(xì)胞，AuNPs或AgNPs是很好的選擇。如果樣品是微生物，表面或膠體納米顆粒襯底是最好的。
選擇最合適的襯底之后，再現(xiàn)性和適用性的測試也是很重要的。評估獲得的光譜信息時應(yīng)該考慮官能團(tuán)和貴金屬表面的選擇性相互作用，如SH、NH2，因為這些交互作用定義了環(huán)境。
十年來,我們對這項技術(shù)是否可以應(yīng)用到臨床決策中進(jìn)行了評估。我們利用實驗室中發(fā)展起來的樣品制備方法和檢測技術(shù)分析了活細(xì)胞和死細(xì)胞、組織和微生物樣本。我們認(rèn)為還有很多工作需要去做來探索該技術(shù)的潛力，因為生物樣品不僅非常復(fù)雜,而且不同樣本之間也存在產(chǎn)異性。
臨床中，快速識別傳染性微生物在疾病干預(yù)方面至關(guān)重要。雖然有許多研究證明了利用SERS可以快速識別微生物,但是從臨床樣本中識別它們的能力尚不清楚。
生物樣品的復(fù)雜性,如血液和尿液,是減少了解樣品狀態(tài)所需時間的一個主要的障礙。例如,尿液樣本中可能有許多化學(xué)物質(zhì),包括尿素和肌酸酐、溶解的離子、白色和紅色的血細(xì)胞、蛋白質(zhì)連同傳染性病原體。如果沒有完全的清洗或分離，這些成分可能會干擾或阻礙SERS的檢測，同時也勢必增加分析時間。當(dāng)然，其中還有幾個問題需要解決以確定尿樣的感染狀況。第一個問題很簡單：樣品是否感染? 1毫升尿樣中細(xì)菌的數(shù)量決定了答案，尿液樣本包含細(xì)菌數(shù)大于105cfu /ml被認(rèn)為感染。然后,我們必須問哪種病原體存在?然后再問是否有一個SERS可以識別的標(biāo)識物來顯示尿液是否感染?這項技術(shù)是否可以用于細(xì)菌樣本的定量分析？這項技術(shù)能識別病原體嗎?
我們已經(jīng)知道, SERS可以識別細(xì)菌,但從復(fù)雜樣品中識別細(xì)菌仍需進(jìn)一步的努力以加快這一進(jìn)程。在我看來，對于以上的部分問題得到積極的答案并不是很遠(yuǎn)的事情，而且也將縮短SERS進(jìn)入提高臨床決策這個位置所需的時間。
作者：Mustafa Culha
Mustafa Culha的實驗室在葉迪特佩大學(xué)遺傳和生物工程系，該實驗室持續(xù)進(jìn)行光譜技術(shù)的實用研究,如表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)揭示活細(xì)胞、死細(xì)胞相互作用，發(fā)展用于醫(yī)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)的新穎的檢測和診斷工具。他在同行評議的國際期刊和幾本書的章節(jié)中撰寫了70多篇論文，擁有若干生物分析化學(xué)和納米技術(shù)方面的專利。他是Nanotechnology雜志的SERS研究和Nanoparticle Research納米生物的特刊編輯，同時他也是應(yīng)用光譜學(xué)編委員會的成員。
