[发明专利]表面增强共振拉曼光谱术

说明书

技术领域

本发明涉及在(生物)分子检测(诸如在分子诊断领域)中使用的进行表面增强共振拉曼光谱术(SERRS)的方法和装置。

背景技术

拉曼光谱术是用于碳的结构特征表示的普遍的非破坏性工具，其中，可以使用分子对光的拉曼散射来提供关于样本的化学组成和分子结构的信息。表面增强拉曼光谱术(SERS)是一种类型的拉曼光谱(RS)技术，其从已经被吸收到某个专门准备的金属表面上的拉曼活性分析物分子中提供大大增强的拉曼信号。因为入射激光的光子简单地传播经过物体(bulk)，并且来自物体的信号盖过了来自表面分析物的任何拉曼信信号，所以RS对于表面研究是无效的。另一方面，SERS是具有表面选择性的和高度灵敏的，并且其对表面信号的选择性来自仅在表面存在的表面增强(SE)机制。

在文献中描述了两种主要增强机制：分别是电磁和化学增强。电磁增强的效果趋于优势地位，并且取决于金属表面出现的粗糙特征，粗糙特征是数十纳米量级，与入射激励放射线的波长相比，粗糙特征很小。

表面增强共振拉曼光谱术(SERRS)是可以用于对在粗糙金属表面吸收的分子进行灵敏地和有选择地检测和识别的技术，其中，共振拉曼光谱术提供了对SERS进一步的增强。在该情况下，通过选择激光激励波长与指定染料(dye)的吸收带相符来实现拉曼信号的增强。共振拉曼效果对于本领域的技术人员是已知的。

使用SERRS，可能将(由上述指定染料的)分子共振的灵敏度与表面增强拉曼散射(SERS)的灵敏度相结合，使得可以测量非常低的浓度。例如，可以将该技术应用在分子诊断中，以便对包括在传染病中的病原体细菌或者蛋白质的脱氧核糖核酸(DNA)进行识别。在该情况下，快速和高灵敏度识别对于有效治疗是至关重要的，并且广泛使用光学方法尤其是荧光光谱术来识别某些生物分子。然而，SERRS具有独特的特征，即散射光线由明显的、分子特定的振动带组成，这使得可能区分多种分析物，并且例如，从VolkerDechert等的“Near-Field Surface-enhanced Raman Imaging ofDye-Labelled DNA with 100-nm Resolution”，Anal.Chem.，70(13)，2646-2650，1998中，采用固体衬底金属表面实现的通过表面增强共振拉曼光谱术的DNA识别是已知的。

然而，由于扩散过程，目标分析物在表面上的吸收可以是非常缓慢的。因此，提出了使用通过表面电荷还原(reduction)来聚集的胶体的进一步增强的技术，其得到在空隙中的高电场区域。为了该目的，开发了拉曼活性纳米粒子，其将SERRS染料与还原的(例如，银)胶体结合，并且采用聚集胶体(aggregated colloid)的实验已经显示了非常有前途的结果(例如，见K.Faulds等的“A comparison of surface enhanced resonance Raman scatteringfrom unaggregated and aggregated nano-particles”Anal.Chem.，2004，76，592-59)。

当以纳米粒子使用SERRS时遇到一个问题，即粒子聚集过程的控制。采用聚集胶体的SERRS实验显示信号强度随时间变化。信号强度取决于聚集体的大小，并且已经确定在大约1分钟之后可以获得最大信号强度(见D.Graham等的“Detection and identification of labelled DNA by SERRS”Biopolymers(Biospectroscopy)2000，57，85-91)。

因此，本发明的目标是提供用于使用聚集纳米粒子进行表面增强共振拉曼光谱术(SERRS)的方法，其中，可以对纳米粒子的聚集状态进行监视以便增加表面增强共振拉曼光谱术(SERRS)的特异性、灵敏性和再现性。

发明内容

根据本发明，提供了对包含目标分子的样本进行表面增强共振拉曼光谱术的方法，所述方法包括在纳米粒子的表面上提供所述样本，所述纳米粒子包括具有与所述目标分子相似的等离振子(plasmon)吸收带的聚集胶体，所述方法还包括以具有至少两种激励波长的放射线照射所述样本，并且获得所得到的光谱，其中，所述第一种激励波长与所述等离振子吸收带相符合，并且所述第二种激励波长与由所述纳米粒子的聚集所造成的吸收带相符合。