【兰州大学叶为春课教授课题组】新型超灵敏表面增强拉曼技术在制药领域的应用

2021-12-21 13:38:43, 光电系统集成商北京卓立汉光仪器有限公司

2021

前沿技术分享，持续更新中

介绍

近期，卓立汉光探访兰州大学叶为春课题组，为大家分享其基于新型超灵敏表面增强拉曼技术在制药领域的应用，协助大家掌握SERS基底的制备原理、实验设计和优化技巧等；了解在制药领域的前沿应用及其定量检测的可能性。

当一些分子被吸附到某些粗糙的金属表面上时，他们的拉曼散射强度会极大的增强，后来科学界把这一现象命名为表面增强拉曼散射效应（Surface-enchanced Raman Spectroscopy, SERS），简称SERS。常用的基底有贵金属(Cu，Ag，Au 等)粗糙电极、贵金属溶胶、纳米颗粒、纳米阵列等，基底也赋予了SERS具备更高的高灵敏度，故广泛应用于生物制药、食品安全、刑侦安检等领域。该技术可以获得痕量分子结构信号，特别适合于对微量物质的研究分析。但其基底重现性和稳定性难以控制，这一定程度上限制了其推广和应用。因此，研究和开发优良的基底成为SERS研究的重点和热点。

兰州大学叶为春课题组近年来专注于SERS基底研制技术及其在生物医学领域的应用研究，并取得一系列研究进展。早期，叶为春课题组开展多种工艺制备SERS基底，定性分析基底的检测限、稳定性、重复性等指标。多项研究表明，其制备的SERS基底可成功用于定性识别如罗丹明6G、孔雀石绿、三磷酸腺苷、腺嘌呤等广受制药行业关注的物质检测。通过前期的积累，叶为春课题组又继续在此基础上持续深入研究，并开展定量测试及其应用。新研究成果有：

利用Ag(111)晶面取向的优势又结合CT协同增强效应，通过在上述Ag纳米片表面修饰少量ZnO纳米颗粒，构建了具有优异灵敏度、稳定性和均一性的SERS基底，系统地探讨该基底在分析物检测过程中的作用机制；实现了小鼠血清中5种苯二氮卓类药物 (艾司唑仑、恶西泮、阿普唑仑、三唑仑、劳拉西泮)总量的快速定量筛查，检出限低至0.5 nM，与LC-MS检测结果一致，极大拓展了SERS分析的应用领域，为精准医疗用药的发展提供参考。研究工作发表于Anal. Chem. 2021, 93, 3403-3410，入选Anal. Chem.第93卷第7期封面文章。

针对金属晶型、晶面是影响SERS性能的重要因素，采用置换反应在Al片上制备卷心菜状Ag纳米片，通过调控银离子浓度控制Ag晶面生长，实现高度(111)晶面取向生长。应用分子动力学模拟(MD)计算深入分析这种(111)晶面取向在SERS检测上的优势。该SERS基底成功用于检测药片、火锅底料中罂粟碱含量，在0.1-1000 μM具备良好的线性关系，检出限为10 nM，为实现违禁药物的快速定量分析提供了很好的范例。该研究工作发表于Anal. Chem. 2018, 90, 9805-9812。

利用氢键在样品富集和选择性检测中具有独特的优势，采用自组装法制备氧化石墨烯/聚二烯丙基二甲基氯化铵/银纳米粒子（GO/PDDA/Ag NPs）纳米复合材料作为SERS基底，具备良好的稳定性和SERS检测的可转移性；实现定量检测水溶液中腺嘌呤含量，并对其他结构相似的核酸碱基如鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶具有良好的抗干扰能力。应用DFT计算分析了PDDA与腺嘌呤间氢键作用的不同结合方式及其键能大小，为氢键的选择性富集作用提供支撑。该研究工作发表于Talanta 2019, 204, 372-378。

鉴于ZnO与Ag间的电荷转移(CT)协同增强作用，在ZnO纳米棒上沉积银纳米粒子（NPs），构建等离子体金属/半导体氧化物异质结结构，系统研究Ag负载量和激发波长对CT贡献的影响，为CT增强机理提供大量的实验分析依据。该基底成功应用于尿液中两种口服降血糖药含量(吡格列酮, PIO; 苯双胍, PHE)的同时检测，呈现良好的选择性和加标回收率，为多组分的同时检测应用提供借鉴。该研究工作发表于Sens. Actuator B-Chem. 2020, 307, 127634。