Anal. Chem. 封面 | 视网膜中多巴胺的检测及成像分析

原创 ACS Publications ACS美国化学会

英文原题：Dopamine Imaging in Living Cells and Retina by Surface-Enhanced Raman Scattering Based on Functionalized Gold Nanoparticles

通讯作者：王毅，温州医科大学眼视光学院 (生物医学工程学院) & 中国科学院大学(温州研究院)；刘啸虎，温州医科大学眼视光学院 (生物医学工程学院)；陈浩，温州医科大学眼视光学院 (生物医学工程学院)

作者：Xueqian Ren (任学倩), Qingwen Zhang (张庆文), Jinglei Yang (杨景雷), Xinjuan Zhang (张新娟), Xueming Zhang (张学铭), Yating Zhang (张雅婷), Liping Huang (黄礼平), Changshun Xu (徐长顺), Yuancai Ge (葛源才), Hao Chen (陈浩)*, Xiaohu Liu (刘啸虎)*, and Yi Wang (王毅)*

近日，温州医科大学和中国科学院大学（温州研究院）的王毅研究员团队报道了一种基于功能化金纳米颗粒（gold nanoparticles, AuNPs）和表面增强拉曼散射（Surface-Enhanced Raman Scattering, SERS）的方法，实现了神经元细胞（pheochromocytoma cell, PC12）和小鼠以及豚鼠视网膜中多巴胺的检测及成像分析。相关研究成果作为封面文章发表于 Analytical Chemistry 期刊，第一作者是温州医科大学硕士研究生任学倩。

据报道，预计到 2050 年，近视将影响世界近一半人口的视力健康。而视网膜多巴胺被认为与近视的形成和发展相关。研究视网膜中的多巴胺变化可以帮助我们更好地了解近视的形成和发展机制。然而，在视觉系统——特别是在视网膜——中直接检测多巴胺的方法很少。针对这一研究难题，本文报道了一种基于 SERS 的视网膜多巴胺成像方法。该方法通过在 AuNPs 表面修饰具有硼酸基团的 N-丁基硼酸-2-巯基乙胺（BME）和含有琥珀酰亚胺酯的 3,3'-二硫代二丙酸二（N-羟基琥珀酰亚胺酯）(DSP)分子，并利用修饰基团分别和多巴胺的两个羟基和伯胺基反应，从而在多巴胺存在的情况下致使 AuNPs 聚集并形成等离子体热点，使得多巴胺的拉曼散射信号增强。基于此，作者将这种 SERS 成像分析首先应用于 PC12 细胞和豚鼠及小鼠视网膜中进行局部多巴胺成像测定（图 1）。

图 1. 多巴胺检测示意图

作者首先研究了该 BME/DSP-Au 纳米探针在溶液中检测多巴胺的灵敏度和选择性（图 2）。在 BME/DSP-Au 探针中加入不同浓度的多巴胺后，多巴胺与 AuNPs 探针表面的分子相互作用，导致纳米颗粒聚集，其 AuNPs 的颜色以浓度依赖的方式逐渐从红色变为紫色，多巴胺的 SERS 信号也相应提高，实现检测浓度约为 0.012 μM。此外，在多巴胺的选择性检测实验中，在所有物质中仅多巴胺引起了相应拉曼光谱中特定峰的显着增强。因此 BME/DSP-Au 探针对多巴胺检测具有良好的灵敏度和特异性。

图 2. 使用 BME/DSP-Au 探针的溶液中多巴胺的灵敏度和选择性检测

此外，BME/DSP-Au 纳米探针还可以用于 PC12 细胞内多巴胺的局部检测（图 3）。通过纳米探针表面的腈基和多巴胺的苯环拉曼信号对多巴胺的定位和成像。此外，AuNPs 单独修饰 BME 或 DSP 均无法较好实现多巴胺的成像，其拉曼信号的统计数据与也证明 BME/DSP-Au 探针具有良好的特异性。

图 3. PC12 细胞孵育 BME/DSP-Au 纳米探针的多巴胺 SERS 检测分析

据报道，多巴胺在视网膜的生理活动中起着重要的作用。基于活细胞水平较好的研究结果，作者进一步将 BME/DSP-Au 探针应用于豚鼠和小鼠视网膜组织中进行多巴胺检测（图 4）。BME/DSP-Au 纳米探针能够在豚鼠和小鼠视网膜内进行局部多巴胺检测及成像。豚鼠在经过形觉剥夺性近视（form-deprivation myopia, FDM）2 周处理后，SERS 分析结果显示视网膜中局部多巴胺的拉曼信号降低，与高效液相色谱测定结果一致。因此表明 BME/DSP-Au 纳米探针对于视网膜组织中多巴胺检测具有很好的效果。小鼠在经过 2 周的 FDM 处理后，SERS 分析结果显示视网膜中局部多巴胺拉曼信号也降低了。

图 4. 豚鼠及小鼠视网膜注射 BME/DSP-Au 纳米探针的多巴胺 SERS 检测分析

综上，本研究提出了一种视网膜局部多巴胺检测的新方法，为诊断和治疗多巴胺相关疾病的基础研究铺平了道路。此外，根据特定的功能纳米探针，SERS 检测平台可进一步应用于实际生物样品中的其他小分子检测。

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Anal. Chem. 2021, 93, 31, 10841–10849

Publication Date: July 20, 2021

https://doi.org/10.1021/acs.analchem.1c01108

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