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表面增強拉曼(SERS)距離臨床應(yīng)用還有多遠?

2015-07-17 作者: 瀏覽數(shù):882

  目前,對很多應(yīng)用來說,拉曼光譜已發(fā)展成為一種強大的表征技術(shù)。但如果要使其在臨床分析中更有效,還需要做更多的工作。

  隨著激光的發(fā)現(xiàn),以及后續(xù)激光器和探測器技術(shù)的進步,以前發(fā)展緩慢的拉曼光譜進入了一個高速的發(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,由此表面增強拉曼散射(SERS)也就發(fā)展起來了。除了散射增強之外,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)分析了活細胞和死細胞、組織和微生物樣本。我們認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毫升尿樣中細菌的數(shù)量決定了答案,尿液樣本包含細菌數(shù)大于105cfu /ml被認為感染。然后,我們必須問哪種病原體存在?然后再問是否有一個SERS可以識別的標識物來顯示尿液是否感染?這項技術(shù)是否可以用于細菌樣本的定量分析?這項技術(shù)能識別病原體嗎?

  我們已經(jīng)知道, SERS可以識別細菌,但從復(fù)雜樣品中識別細菌仍需進一步的努力以加快這一進程。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的事情,而且也將縮短SERS進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)進行光譜技術(shù)的實用研究,如表面增強拉曼散射(SERS)揭示活細胞、死細胞相互作用,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。

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