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拉曼光谱是一种无损光谱技术,具有指纹识别的特征,能在分子水平获得物质的结构信息。表面增强拉曼散射(SERS)主要是纳米尺度的粗糙表面所具有的异常光学增强现象,它可以将吸附在材料表面分子的拉曼信号放大102-106倍,与常规拉曼散射相比具有更高的检测灵敏度。SERS还具有稳定、不易猝灭、不受生物样品自身荧光及水的干扰等特点,非常适于生物样品的检测。金纳米星是一种由金属核和多个枝角构成的新型纳米材料,不仅在近红外区具有可调制的局域电磁场,而且尖锐枝角的“热点”(Hot Spots)极大地增强了周围电磁场的强度。本论文基于金纳米星构筑了标记SERS探针(SERS tags)和无标记SERS探针(label-free SERS probes),开展了细胞的SERS检测研究。本论文具体开展了如下工作：1.采用种子介导生长法制备金纳米星,通过调节反应体系中氯金酸、对苯二酚以及金种子的比例,调控金纳米星的枝角长度和粒径。利用扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见-近红外(UV-vis-NIR)分光光度计和共聚焦拉曼光谱仪对金纳米星的形貌、光学性质和SERS效应进行了表征,优化反应条件,制得了形貌均一、单分散性好和SERS效应强的金纳米星。2.以尼罗兰(NBA)和牛血清白蛋白(BSA)分别作为拉曼信号分子和保护层,制备了一种用于细胞成像的标记SERS探针。聚集实验和CCK-8细胞毒性分析验证了标记SERS探针具有很好稳定性及生物相容性。将标记SERS探针用于人肺腺癌细胞(A549)和人肺泡Ⅱ型上皮细胞(ATⅡ)的成像。结果表明标记SERS探针主要分布在细胞质,少量进入细胞核,负载标记SERS探针的细胞产生的拉曼信号强度远高于未负载的细胞。通过细胞的暗场成像、TEM验证了SERS成像的结果。3. 以对巯基苯甲酸(4-MBA)作为拉曼信号分子和表皮生长因子受体抗体(anti-EGFR)与金纳米星之间的偶联剂,构筑了一种具有细胞膜靶向功能的标记SERS探针。将标记SERS探针用于人正常肺上皮细胞(BEAS-2B)和人肺癌细胞(A549、H1229)的成像研究。A549细胞和H1229细胞产生SERS信号的强度明显强于BEAS-2B细胞,靶向到肺癌细胞上的SERS探针数量明显多于正常细胞。暗场成像与X射线能谱(EDS)分析验证了anti-EGFR偶联金纳米星成功富集到肺癌细胞表面。4.将细胞膜穿透肽(TAT)连接到金纳米星表面,构筑了一种无标记SERS探针用于区分肺干细胞(LR-MSCs)的分化。评价了无标记SERS探针的稳定性、生物相容性及探针与细胞的相互作用。测得了LR-MSCs定向分化为肺泡上皮细胞(ATⅡ)或间质细胞(3T3)的平均SERS光谱。主成分分析(PCA)基于细胞SERS光谱很好地识别和区分了LR-MSCs的不同分化亚型。5.基于TAT功能化无标记SERS探针,通过SERS表征了肺泡上皮细胞-间质转化(EMT)过程。免疫荧光和蛋白免疫印迹检测了EMT过程中上皮标志物和间质标志物的表达,验证了博来霉素(BLM)能够诱导ATⅡ细胞转化为3T3细胞。检测了EMT不同阶段细胞的SERS光谱,在EMT过程中,许多细胞组分的特征峰发生了明显的变化。PCA散点图表明EMT不同阶段的细胞被划分在四个不同的区域中,不同类型的细胞区分明显。