Ratiometric pH-responsive SERS strategy for glioma boundary determination

比值ph響應SERS策略用于膠質瘤邊界測定

來源：Talanta 250 (2022) 123750

 

一、摘要核心內容

 

論文提出一種基于表面增強拉曼散射（SERS）的比率型pH傳感策略，用于快速識別膠質瘤邊界。通過制備銀納米粒子自組裝薄膜芯片，修飾pH響應分子4-巰基吡啶（4-MPY），利用其SERS特征峰比值（I 1091 /I 1580 ）隨pH變化的規律，測量腫瘤組織間隙液酸度，實現術中快速、無創的邊界定位。該方法較傳統病理檢測更高效，有望用于術中導航。

二、研究目的

 

解決膠質瘤因浸潤性生長導致的邊界模糊問題（傳統依賴經驗或耗時病理檢查），利用腫瘤細胞高糖酵解代謝酸化微環境的特性，開發一種快速（秒級響應）、精準的術中邊界診斷技術。

三、研究思路

 

芯片制備（圖1A）：

 

 

玻璃片經PDDA修飾后吸附銀納米粒子（AgNPs），形成均勻薄膜（圖1C）。

 

修飾4-MPY作為pH響應分子，通過Ag-S鍵固定（圖1D）。

 

pH響應機制（圖3A）：

 

 

4-MPY吡啶環在酸性環境中質子化，導致拉曼峰強度變化（1091 cm?1峰減弱，1580 cm?1峰增強）。

 

術中檢測流程（圖2）：

 

小鼠膠質瘤表面滴加水滴，滲透間隙液后轉移至芯片。

 

便攜式拉曼光譜儀測量SERS信號，通過校準曲線（pH 5.5–7.5）換算pH值。

 

四、測量數據及意義

 

pH響應性能（圖3C-D）：

 

數據：測量不同pH緩沖液（5.5–7.5）下I₁₀₉₁/I₁₅₈₀比值，建立線性校準曲線（y = -0.15x + 2.35）。

 

意義：驗證芯片對生理相關pH范圍的高靈敏度響應，為定量分析提供基礎。

 

腫瘤微環境pH梯度（圖4）：

 

數據：小鼠膠質瘤不同位點pH測量顯示由中心向邊界遞增（中心pH≈6.2，邊界接近7.4）。

 

意義：證實腫瘤酸性微環境的空間異質性，為邊界界定提供生物標志物。

 

Unisense微電極驗證數據（圖5B-D）：

 

 

數據：

 

微電極校準曲線（y = 2.15x + 77.87）（圖5B）。

 

直接插入腫瘤組織測量pH（圖5C），結果與SERS數據高度一致（差異≤0.2 pH單位）（圖5D）。

 

意義：

 

驗證SERS準確性：微電極作為金標準，證實SERS方法無創取樣（水滴滲透）能真實反映體內微環境pH。

 

強化臨床可靠性：排除SERS信號干擾疑慮，支持其術中應用可行性。

 

五、結論

 

成功開發基于4-MPY的比率型SERS傳感芯片，可快速（10秒取樣）、無創檢測膠質瘤酸化微環境。

 

通過pH空間梯度（中心酸性最強→邊界接近生理pH）精準定位腫瘤邊界（圖4），靈敏度達0.1 pH單位。

 

技術優勢：

 

術中實時性：顯著快于病理檢測（分鐘級 vs. 小時級）。

 

高兼容性：便攜拉曼儀適配手術場景。

 

安全性：避免體內注射納米探針的風險。

 

六、Unisense微電極數據的深層意義

 

丹麥Unisense微電極的獨立驗證（圖5）具有雙重核心價值：

 

方法學驗證：

 

微電極直接測量組織間隙液pH（非取樣間接法），證實SERS通過水滴滲透法獲取的pH值無顯著偏差（誤差<0.2），排除干燥效應、生物分子干擾等因素影響。

 

生物學機制確認：

 

微電極數據重現了腫瘤的酸性梯度特征（中心pH 6.2→邊界7.4），從電化學角度獨立證實糖酵解代謝導致的酸化是膠質瘤的穩定標志，強化SERS策略的生物學基礎。

 

此驗證為技術轉化核心環節，確保SERS在臨床場景中能替代傳統侵入式電極，實現安全、高效的術中導航。