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过氧化氢是一种重要的活性氧分子,可以在细胞生理代谢的诸多环节中产生。依据其在细胞内的产生部位、分布范围、浓度、作用时间等条件的差异,具有不同的生理和病理作用。如刺激细胞繁殖、细胞内信号传导,而过量的过氧化氢则导致细胞内脂质,蛋白,DNA等分子的结构和功能改变。由于其易于获得,性质相对稳定,已成为研究细胞氧化损伤的重要工具。过氧化氢对细胞的影响机制一直是科学界关注的领域。
目前,显微拉曼光谱技术已经成为一种在体生物样品分析的重要手段。由于显微拉曼技术不需要对细胞进行染色或固定,因此可以获得生理条件下的细胞信息。而且,此技术具备快速,无损,非侵入性等特点,与传统的荧光标记等方法相比,具有无可比拟的优势。目前,显微拉曼技术和表面增强拉曼技术在单细胞研究领域获得了广泛关注,实现了正常和转化细胞的区分、单个突触内谷氨酸的检测、癌细胞的检测、单个微生物的分类、细胞内pH值检测以及对与细胞周期和细胞死亡相关的生化反应的研究等。
本文采用显微拉曼技术,获取了不同浓度过氧化氢作用下细胞的拉曼光谱,分析其成分变化;并制备了一种对过氧化氢敏感的纳米探针,将其应用到细胞中,观测过氧化氢作用下,细胞内SERS信号的改变。
具体工作如下:
1.利用共焦显微拉曼光谱仪,采集单个细胞的拉曼光谱。通过将细胞培养液与过氧化氢混合,形成0mM,0.1mM,0.5mM,1mM,3mM H2O2的微环境,诱导细胞氧化应激损伤,通过拉曼信号的改变,反映细胞内部化学组分的改变。从实验结果来看,随着H2O2浓度的增加,细胞内蛋白质和核酸的拉曼信号减弱,反映其含量下降或结构受损。对不同浓度条件的拉曼光谱进行主成分分析,可见随着H2O2浓度增加,氧化损伤细胞与正常细胞的差异越来越大,明显可以区分开来。
2.成功的制备了对过氧化氢敏感的SERS探针。以5,5二硫代双(2-硝基苯甲酸)(DTNB)作为拉曼信号分子,40nm银纳米颗粒为核心,具有2nm左右厚度二氧化硅壳的Ag/DTNB@SiO2 SERS探针。这种纳米探针性质稳定,具有强烈的SERS信号,其1326cm-1处的拉曼峰可以作为其标记信号。由于银纳米颗粒能够被过氧化氢腐蚀,而其直径与其增强效果直接相关,因此过氧化氢能够影响其拉曼信号的强度。实验结果表明,随着H2O2浓度增加,其拉曼信号明显减弱。
3.将Ag/DTNB@SiO2 SERS探针应用于细胞中。将其与HepG-2细胞共培养24小时后,细胞形态与密度未受到明显影响,台盼蓝实验也少见阳性细胞,说明其具有良好的生物相容性。通过拉曼成像技术发现,纳米颗粒主要分布在细胞的几何中心位置。在细胞外加入过氧化氢,在细胞受损的同时,细胞内的SERS信号也不断下降。这说明此探针可以用于反映细胞受过氧化氢损伤的程度。