【分析】福州大学宋继彬Angew：活体测量分析- 大数跨境

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2020-12-09

导读：福州大学的宋继彬教授课题组开发了一种新型的核-卫星型金纳米探针，其具有过氧化氢（H2O2）响应的双比率型的表面增强拉曼散射（SERS）和近红外二区光声成像信号，利用两种互补的成像模式，用于定量可视化和

注：文末有研究团队简介及本文科研思路分析

光学成像是疾病精准治疗诊断的重要技术手段，但传统的光学纳米探针的检测往往是独立信号强度的输出，其容易受到各种外界因素的影响，从而导致不准确的测试结果。比率型的检测通过引入参考信号代替绝对的信号输出，极大地提高了信号的稳定性和准确性，对活性分子的准确定量检测具有很大的潜力。光声（PA）成像因无创性、可实时深部组织检测与成像引起了广泛的兴趣。近红外二区（NIR-Ⅱ）光声成像由于较低的光散射和组织吸收，不仅具有增强的穿透深度，而且具有低的背景信号干扰和高的信噪比，是一种备受关注的定量成像技术。表面增强拉曼散射（SERS）由于其独特的指纹振动谱具有高的特异性和灵敏性，是一种精确检测小分子的优异分析方法。

体内不平衡的氧化物水平会破坏体内抗氧化能力，导致组织损伤，并引起多种疾病，如慢性炎症和癌症。然而，氧化物种是短寿命物种，这使得直接、精确和实时的测量变得困难。设计可定量的、高灵敏的和特异性响应体内氧化物的纳米探针，对于疾病的早期诊断和阐明疾病发生、发展的潜在化学机制及基础的生物医学研究具有重要的意义。

近日，福州大学的宋继彬教授课题组开发了一种新型的核-卫星型金纳米探针，其具有过氧化氢（H₂O₂）响应的双比率型的表面增强拉曼散射（SERS）和近红外二区光声（NIR-II PA）成像信号，利用两种互补的成像模式，用于定量可视化和精准成像炎症/癌症。H₂O₂激活纳米探针的NIR-II PA图像可以实时、快速地获取整个疾病区域的图像，从而精确区分疾病区域和正常组织，并用于定量检测活体深部组织信号。在NIR-II PA成像的指导下，具有较高的灵敏度和特异性的比率性的SERS信号，可以更精准地测量不同部位的点信号/体液信号。双比率性的纳米探针不仅能实时、准确地监测大动物兔子炎症、肿瘤、膝骨关节炎等过程中产生的H₂O₂，而且能跟踪炎症的治疗过程。

图1. 具有双比率型PA和SERS信号的核-卫星型的金纳米探针，用于高精度和实时地检测炎症、肿瘤和兔子膝骨关节炎中的H₂O₂。

实验表明比率型的核-卫星探针具有优异的定量检测H₂O₂的能力，他们将其进一步用于小鼠的肿瘤模型、腹腔炎症模型以及兔子的膝骨关节炎模型中。在兔子膝关节炎模型的PA图像中可以清楚地识别出关节面、软骨和关节腔，注射后30 min，PA₇₅₀/PA₁₂₅₀的比值信号增加了约3.4倍，H₂O₂浓度为91.89 ± 3.03 μM。在关节积液的SERS检测，2228 cm^-1处SERS信号不断减小，而1418 cm^-1处的SERS信号基本没有变化。结果表明，纳米探针与炎症区域过表达的内源性H₂O₂迅速反应，同时通过商业化的H₂O₂试剂盒验证了结果的准确性。

图2. 纳米探针用于兔子膝关节炎模型。

小结

该项工作利用深部组织检测的PA成像与高特异性SERS检测，不仅实现了对炎症和肿瘤的快速、灵敏地的诊断和监测，还可以实时跟踪炎症的治疗过程。比率光学成像为在活体层面对疾病相关特征分子定量检测提供了有效的首段及策略。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Dual Ratiometric SERS and Photoacoustic Core-Satellite Nanoprobe for Quantitatively Visualizing Hydrogen Peroxide in Inflammation and Cancer

Qingqing Li, Xiaoguang Ge, Jiamin Ye, Zhi Li, Lichao Su, Ying Wu, Huanghao Yang, Jibin Song*

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202015451

宋继彬教授简介

宋继彬，福州大学化学学院教授、入选国家海外高层次青年人才、福建省“闽江学者特聘教授”，福建省“百人计划”等人才项目。2014年博士毕业于新加坡南洋理工大学“化学与生物医药工程”专业，之后在美国国立卫生研究院从事博士后研究，研究方向为生物医学成像分析。2017年加入福州大学，研究方向为分子影像探针，活体定量成像分析等。现主持国家自然科学基金等多项课题。近5年作为通讯作者在JACS, Angew Chem, Nat Commun, Adv Mater, ACS Nano, AFM 等高水平期刊发表论文50余篇，获得国家专利授权5项。

https://www.x-mol.com/university/faculty/60228

科研思路分析

目前疾病的检测尤其定量化检测仍然以体外检测为主。活体成像技术的发展为在活体层面诊断疾病提供了新的思路。然后目前活体成像主要以提高成像准确度、精准度为主，对活体内疾病相关分子进行可定量化的检测仍然是一个难题。实现活体层面病变部位如对炎症及肿瘤的发展及治疗过程中的特征分子标志物进行定量检测，将对疾病治疗过程中的分子变化的基础研究起到重要作用。为提高活体成像精准度及实现可定量分析，我们课题组发展了一系列具有响应性的NIR-II区荧光与光声双模式成像比率型分子探针，用于靶向成像具有肿瘤及炎症特征分子及特征生物标记物，从而构建了疾病治疗的可视化与成效评价体系。