用户速递：西电胡波Anal. Chem.：微流控-SERS联用：扭曲混合芯片与多修饰纳米探针用于单细胞无标记分析

西安电子科技大学胡波教授课题组在Analytical Chemistry期刊发表了题为“Dynamic Liquid Integrated Single-Cell SERS Platform Based on the Twisted Mixing Microfluidic Chip and Multi-Modified Nanoprobe for the Label-Free Detection of Cancer Cells”的论文。本文通过动态液体集成式单细胞SERS（DLISC-SERS）平台无标记检测单个癌细胞。基于片段加权相似性的KNN模型可以以高达100%、99.4%和99.5%的灵敏度、特异性和准确度对单细胞光谱进行分类，该模型的三向分类准确率为95.2%，DLISC-SERS平台是在单细胞水平检测癌细胞的有力工具。

表面增强拉曼散射（SERS）作为一种重要的拉曼检测技术，具有灵敏度高、对生物样品无创、抗光漂白等优点，这被认为是一种有前途的和强大的POCT技术，用于癌细胞结果与讨论。但目前存在的主要问题是在增强拉曼散射时一旦在生物缓冲液如磷酸盐缓冲盐水（PBS）中，其具有高离子强度，降低了SERS检测的灵敏度，使单细胞检测变得困难，因此，开发一种长期、稳定、高灵敏度的单细胞SERS检测纳米探针是迫切而具有挑战性的。

图1为DLISC-SERS平台，图1a展示了组成平台的三个模块：扭曲混合模块，3D流动聚焦模块和SERS检测模块。图1b为组装完成的平台实物图（比例尺为10mm），三个模块使用硅胶管连接形成管状系统，并通过3D打印保持器固定，以保持整个系统的同轴状态。图1c为扭曲混合微流控芯片单通道单元的构造流程，是由等腰直角三角形持续扭转形成的扭转混合通道。图1d为多功能纳米探针Ag NSs@PEG@3COOH的示意图，被开发用于单细胞SERS检测。
 

图2通过模拟与实验优化了微流控混合通道结构：首先对比四种截面形状，确定等腰三角形混合效果*佳（混合指数0.9984，图2b(i)、2c）；其次在等腰三角形基础上优化扭转角度，发现30°时混合效果*佳（图2b(ii)、2d）；然后固定30°等腰三角形截面，优化单位长度参数，确定单位长度≤1 mm时混合效果稳定（图2b(iii)、2e）；*后展示了五种不同通道长度的微流控芯片使用10μM荧光素溶液的扭转混合实验，拍摄荧光图像，并通过提取和归一化穿过观察区域的红色虚线获得荧光分布曲线（图2f）。
 

图3多功能化修饰纳米探针的性能
 

图3系统优化了多功能纳米探针（Ag NSs@PEG@3COOH）及扭曲混合芯片的*优条件：TEM和UV-vis及Zeta电位证实星形结构修饰完好、PEG成功修饰且表面电负性可控（图3a–e）；优化确定长/短链PEG比例为1:130时探针在PBS中稳定30 min（图3f），pH 8时SERS信号*强（图3g）；扭曲混合通道的SERS信号为直通道两倍以上（图3h–i）；芯片长度5（24 mm）时信号*优（图3j–l）。综上，为单细胞检测提供了*优参数组合。
 

图5 在DLISC-SERS平台上对混合样品进行无标记和动态单细胞检测
 

图4验证了DLISC-SERS平台对乳腺癌细胞（MDA-MB-231）的单细胞检测能力：SWS-KNN分类模型对空白与乳腺癌细胞的分类灵敏度、特异度和准确度分别达100%、99.4%和99.5%（图4a-b）；不同预设浓度下检测到的细胞光谱数量随浓度升高而增加（图4c-d），且与预设浓度呈良好线性关系（R²=0.983），证实泊松分布模型的适用性（图4e）。图5进一步将该平台应用于1:1混合的恶性（MDA-MB-231）与非恶性（MCF-10A）乳腺细胞的无标记分类检测：SWS-KNN三分类模型的总体准确率为95.2%（图5a-b）；对混合样本中三类光谱（空白、乳腺癌细胞、乳腺细胞）的分类结果显示，两种细胞光谱计数比值平均为1.011，与输入比例高度吻合（图5c-e）。

总结：

该研究基于扭曲混合微流控芯片与多功能纳米探针构建的动态液体集成单细胞SERS平台，凭借其无标记、高灵敏、可动态检测单细胞拉曼光谱的优势，为癌症早期诊断、微小残留病灶实时监测、循环肿瘤细胞分析及个性化精准医疗提供了极具潜力的即时检测技术工具。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c06051
 

作者简介

胡波，西安电子科技大学生命科学技术学院教授、博士生导师，西安智能精准诊疗国际科技合作基地负责人。主要研究方向为基于人工智能、微流控芯片和光学检测的单细胞与单分子智能检测技术开发。在Advanced Science、ACS Sensors、Biosensors and Bioelectronics等期刊发表论文多篇。
 

相关产品推荐

本研究的拉曼光谱采用Finder系列拉曼光谱仪检测，该系统全新升级为930全自动化拉曼光谱分析系统，如需了解该产品，欢迎咨询。

免责声明

北京卓立汉光仪器有限公司公众号所发布内容（含图片）来源于原作者提供或原文授权转载。文章版权、数据及所述观点归原作者原出处所有，北京卓立汉光仪器有限公司发布及转载目的在于传递更多信息及用于网络分享。

如果您认为本文存在侵权之处，请与我们联系，会第一时间及时处理。我们力求数据严谨准确，如有任何疑问，敬请读者不吝赐教。我们也热忱欢迎您投稿并发表您的观点和见解。