表面增强拉曼散射(SERS)探针作为一种新颖的生物标记材料已经引起了人们的广泛关注并被大量用于生物成像研究。其中,最主要的原因就是SERS效应能够产生106-1014倍的信号增强,这甚至已经达到了单分子检测所需的灵敏度；其次,拉曼散射过程极短,有效地避免了激发态时出现的光漂白、能量转移和信号淬灭的现象,因此SERS探针具有很好的光学稳定性；第三,拉曼位移不受激发光波长影响,因此使用近红外光源可以有效避免生物内源性物质的自发荧光干扰,有利于生物样品的无损、高衬度成像研究；最后,SERS光谱的谱带尖锐(带宽一般小于2 nm),理论上可同时区分的特征拉曼谱带可达10-100种之多,因此非常适合于多通路检测和多色成像研究。此外,当金或银等贵金属纳米颗粒进入细胞后还能增强细胞内的生物大分子的本征拉曼信号,因此SERS探针不仅可以用于标记成像,还能实现细胞内源性物质的无标记检测研究。与荧光标记技术相比,SERS成像能够直接反映出细胞内各类分子的分布,这为SERS探针在生物医学领域提供了更广阔的应用前景。本论文利用SERS探针的上述优势,使用激光共聚焦拉曼显微镜在单细胞成像领域开展了如下研究工作：1.多靶向SERS探针的制备及细胞的三色立体成像研究本文提出了一种简单并且普遍使用的SERS探针合成方法,由于聚丙烯胺(PAH)的封装作用,SERS信号分子的选择将具有很大的随意性。并且,PAH含有的大量氨基为后续的生物功能分子的修饰提供了很大的便利。借助这一点我们合成了三种具有细胞器靶向能力的标记SERS探针,并将它用于单细胞内两种细胞器(细胞膜和细胞核)的同时立体成像。这种多通路立体成像技术有助于实时了解活细胞中各个细胞器和生物分子的空间分布,对于生物成像领域中亚细胞器水平的立体追踪研究具有比较重要的意义。2.核膜多靶向SERS探针用于细胞凋亡过程中直接和间接检测研究活体、原位、实时获取细胞生理和病理过程中细胞结构组成、多分子定位及其相互作用的信息对于解释许多细胞生物学问题和研究重大疾病早期诊断与发病机理至关重要。在此,在我们将标记及无标记SERS探针相结合获取了细胞凋亡的动态过程中核内的分子变化信息,并实时观察了细胞膜上叶酸受体和促黄体激素释放激素受体的解离过程。这一研究结果证实了多种SERS探针相结合的研究方法将在单细胞生理过程的研究中发挥重要的作用。3.炔烃编码的SERS探针用于细胞的无干扰多色成像炔烃分子由于在细胞的拉曼静默区域(1800-2800cm-1)有比较独特的抗干扰信号,因此被认为是一种在生物成像领域具有很大应用潜力的拉曼标记物。然而极度微弱的自发拉曼散射信号却极大地限制了它的发展。在此,我们将炔烃分子抗干扰和SERS效应的高灵敏度优势相结合合成了一类发射带宽窄、炔基峰位可调的SERS信号分子,并成功将它用于单细胞的抗干扰多色同时成像研究。由此制备的SERS探针能很好地避免低波数(<1800 cm-1)区域细胞内源物质的信号干扰,在多通路传感和多色生物成像领域中将发挥重要的作用。4. SERS标记材料在植物细胞成像中的应用为了补充SERS探针在植物细胞成像研究中的空白,制备了可进入植物细胞的SERS探针并将它用于BY2烟草细胞和百合花粉细胞的成像研究,证实了两种细胞壁在形貌功能上的差别。并且利用共振拉曼散射光谱研究了花粉外壁类胡萝卜素和类黄酮类物质的分布,证实了类黄酮类物质构成了细胞外壁中起主要支撑作用的网状刚性结构,而类胡萝卜素则填充于它的空隙中,可能在花粉抵抗微生物侵袭和授粉时细胞识别等方面起到了重要作用。