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基于石墨烯-等离子体杂化纳米阵列的双增强拉曼散射干细胞分化表征

DOI：10.1021/acs.nanolett.9b03402 期刊：Nano Letters 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 表面增强拉曼散射（SERS）已展现出以高灵敏度和高选择性分析细胞内多种生物/化学分子相互作用的巨大潜力。尽管取得显著进展，在复杂干细胞微环境中实现定量检测目标生物标志物时，如何同时保证高灵敏度与选择性、并获得均匀的信号增强效果及高度可重复性仍是关键挑战。本研究展示了一种创新传感平台——采用石墨烯包覆的均质等离子体金属（金）纳米阵列，该平台协同了基于电磁机制（EM）和化学机制（CM）的双重增强效应。通过激光干涉光刻（LIL）制备的均质等离子体纳米结构，可借助强大且均匀的电磁场获得高度可重复的拉曼信号增强；同时，功能化石墨烯表面通过调控氧化程度使氧化石墨烯能级与目标分子匹配，从而通过优化的化学机制进一步放大拉曼信号，显著提升检测系统的灵敏度与准确性。利用均质等离子体金纳米阵列的电磁增强效应与石墨烯表面的化学增强效应形成的双重增强拉曼散射，我们成功利用该石墨烯-金杂化纳米阵列检测并定量了特定生物标志物（TuJ1）基因表达水平，用于表征人神经干细胞（hNSCs）的神经元分化过程。总体而言，这种独特的石墨烯-等离子体杂化纳米阵列可拓展应用于开发简单、快速且精准的生物/化学分子筛选传感平台。
作者： Letao Yang，Ki-Bum Lee，Jeong-Woo Choi，Christopher Rathnam，Yannan Hou，Jin-Ho Lee
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

开发一种基于石墨烯包覆均匀等离子体金属（金）纳米阵列的创新传感平台，用于细胞环境中生物分子相互作用的灵敏、选择性检测，特别是用于干细胞分化的表征。

研究成果

石墨烯-等离子体杂化纳米阵列平台成功结合了电磁增强和化学增强效应，实现了对生物分子相互作用的高灵敏度、可重复表面增强拉曼散射检测。该平台有效应用于人神经干细胞神经元分化过程中特定生物标志基因表达水平的定量分析，展现出其在广泛生物传感应用中的潜力。

研究不足

该研究承认，在复杂细胞微环境中确保定量检测的信号均匀增强及高重现性具有挑战性。该平台的性能高度依赖于精确调控氧化石墨烯的氧化程度，以实现基于细胞膜的优化增强效果。

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