超强辣素

供稿：张雨晴编辑：Chen导读：近日，上海交通大学叶坚教授团队开发了一种新型拉曼探针（P-GERTs），尺寸仅为70nm左右，依然可实现拉曼信号的整体增强和成像速度的大幅提高，为突破SERS生物成像发展瓶颈，实现快速超灵敏生物成像开辟新机。SERS生物成像技术的发展前景与瓶颈得益于表面增强拉曼散射(SERS)技术灵敏度高、分辨率高、稳定性好等优点及其“探针”所特有的指纹图谱（高特异性）和超窄线宽（多指标检测）优势，SERS技术在生物体内成像方面表现出广阔的前景，目前临床肿瘤的治疗手术中，利用拉曼成像检测肿瘤边缘和残留微小肿瘤就是重要应用之一。然而，现有的SERS成像速度远远落后于临床需要，通常需要几十分钟甚至几小时才能获得一个大范围的拉曼活体图像。其中影响SERS成像速度的重要因素之一便是SERS探针的整体拉曼信号不够强。Tips： SERS探针的信号强度和成像速度很大程度上取决于探针电磁场热点区域（hot spots）的信号分子数量。常用增强信号强度的策略是通过控制探针的形貌，使其具有一些尖端或者粗糙表面来形成电磁场热点区域；或者通过在金属纳米结构表面或内部引入纳米缝隙来有效地构建电磁场热点。但大多数都不能产生均匀且稳定的SERS信号增强。研究人员一般通过改变探针形貌来提高SERS探针信号强度，但大多数都不能产生均匀且稳定的SERS信号增强。而且这类探针尺寸相对较大，通常在100-200 nm之间，应用于生物成像领域，会降低探针在体内的血液循环时间，影响探针的体内分布情况和代谢动力学，不利于体内的靶向识别、成像和检测等应用的实现。因此，如何获得尺寸较小、且可实现信号强度和成像速度大幅提高的探针，成为研究人员面临的重要课题。 新型探针突破SERS生物成像发展瓶颈近日，上海交通大学叶坚教授团队便开发出了这样一款强大探针——新型的、外壳为花瓣状结构的“多热点”缝隙增强拉曼探针（P-GERTs），尺寸仅为70 nm左右，且同时实现了拉曼信号的整体增强和成像速度的大幅提高，为突破目前SERS生物成像发展瓶颈，实现快速超灵敏生物成像开辟了新机。叶坚教授团队采用将拉曼信号分子同时嵌入核壳颗粒内部和外部花瓣状结构之间的亚纳米缝隙这一方法制得探针，表征发现该探针能够大程度地提高单颗粒上报告分子的吸附量，实现超强的拉曼信号。此外，研究人员还可以通过调节内嵌的拉曼信号分子数量，来调节探针的形貌和SERS性能；或通过改变外部拉曼信号分子的种类，获得多种信号探针以实现多重检测和成像。实验结果验证为了进一步验证P-GERTs探针的信号强度和成像速度，研究人员对实验结果进行了进一步表征。研究人员使用HORIBAXploRA INV拉曼成像光谱仪和NanoRaman系统对P-GERTs探针的拉曼增强效果进行表征，发现：P-GERTs拉曼信号增强因子高达5 × 109，相较于常见的拉曼探针提高了1-3个数量级，实现了超强的拉曼信号。结合HORIBA拉曼成像技术（Duoscan成像模式和Swift数据处理方式），研究人员进一步发现成像单点采集时间仅为0.7 ms /像素，成像速度大幅提升。在低至370 uW功率时6秒内就获得高分辨单细胞拉曼成像（2500个像素），52秒内获得高对比度大范围（3.2 × 2.8 cm2）的小鼠活体前哨淋巴结拉曼成像，表现出良好的信号均一性和光稳定性。 “多热点”缝隙增强拉曼探针结果图a) 示意图；b) 单细胞透射电镜图；c) 明场图d) 高分辨快速拉曼成像图 (50×50像素)e) 高对比度大范围 (3.2×2.8cm2) 的小鼠活体前哨淋巴结拉曼成像上海交通大学叶坚教授团队的这项研究结果表明：P-GERTs作为超亮和超稳定的SERS探针，为克服目前SERS生物成像发展瓶颈，实现高速、高对比度超灵敏的细胞和生物组织成像提供了新机会。文章作者&论文直达文章作者：Yuqing Zhang, Yuqing Gu, Jing He, Benjamin D. Thackray, Jian Ye*题目&杂志：Ultrabright gap-enhanced Raman tagsfor high-speed bioimaging. Nature Communications, 2019, 10, 3509.DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-019-11829-y课题组网页：http://www.yelab.sjtu.edu.cn/致谢：叶坚课题组提供论文注：如果您对本报道的研究方法感兴趣，希望联系作者，或者想对本研究拉曼光谱测试方法一探究竟，欢迎点击“阅读原文”留言，我们的拉曼应用专家将乐于为您提供解答服务。今日话题表面增强拉曼散射(SERS)技术应用广泛，那么具体应用有哪些呢？欢迎您分享科研过程中与SERS技术相关的内容。我们会在下次前沿应用专栏中分享给大家，本文发出后3个工作日内留言获赞多的读者我们还将送出星巴克咖啡券一份哦。? 点击查看更多往期精彩文章 拉曼与统计分析神助攻，复旦破译PM2.5重要成分 | 前沿用户报道清华大学魏飞团队实现一步法制备纯度99.9999%半导体碳纳米管阵列严峻环境下的自救——探寻端气候下的生命存续 | 前沿应用【上篇】发现生命的轨迹——化石中的碳元素分析 | 前沿应用地底深处的生命探索——矿物中的化学反应分析 | 前沿应用【下篇】瞪你一眼，就能“看透”你 | 用户动态青岛能源所实现毫秒级单细胞拉曼分选，"后液滴"设计功不可没|前沿用户报道表面增强共振拉曼光谱探究细胞色素c在活性界面上的电子转移新型荧光探针——细胞膜脂变化无所遁形!复旦巧用增强拉曼“识”雾霾 | 前沿用户报道1+1≥3，AFM-Raman 材料表征新技术！——附新相关论文 免责说明HORIBA Scientific公众号所发布内容（含图片）来源于文章原创作者提供或互联网转载，文章版权、数据及所述观点归原作者原出处所有。HORIBA Scientific 发布及转载目的在于传递更多信息，以供读者阅读、自行参考及评述，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如果您认为本文存在侵权之处，请与我们取得联系，我们会及时进行处理。HORIBA Scientific 力求数据严谨准确，如有任何失误失实，敬请读者不吝赐教批评指正。我们也热忱欢迎您投稿并发表您的观点和见解。 HORIBA科学仪器事业部HORIBA Scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案，如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术，旗下Jobin Yvon光谱技术品牌创立于1819年，距今已有200年历史。如今，HORIBA 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的选择，之后我们也将持续专注科研领域，致力于为全球用户提供更好的服务。

厄尔尼诺是发生在热带太平洋海温异常增暖的一种气候现象，作为地球上最强的年际变率来源，它对全球气候和极端天气具有重要的影响。与厄尔尼诺现象相关的洪水，干旱，热浪等极端事件对许多国家的粮食安全，公共卫生和经济活动都有重要的影响。因此研究厄尔尼诺现象对防灾减灾和社会可持续发展意义重大。　　厄尔尼诺具有多样性，1980年以来厄尔尼诺特征发生了明显变化，表现为超强厄尔尼诺和中太平洋型厄尔尼诺发生频率明显增加。近日，中国科学院大气物理研究所LASG国家重点实验室黄刚研究员团队联合南京大学大气科学学院学者在《Nature Communications》（自然通讯）发表文章指出：全球变暖和年代际内部变率协同导致了最近40年中太平洋和超强厄尔尼诺发生频率增加。通过系统分析历史厄尔尼诺事件，该研究发现在人类强迫较弱的1900年附近，也存在一个与最近40年相似的超强型厄尔尼诺和中太平洋型厄尔尼诺事件频发的时期 （图a-d）。表明除了人类活动之外内部变率也是影响超强型厄尔尼诺和中太平洋型厄尔尼诺事件频发的关键因子。该研究使用CMIP5/6多模式数据以及古气候数据，发现AMO可以通过遥相关过程影响热带太平洋海温梯度，进而影响超强型厄尔尼诺和中太平洋型厄尔尼诺发现频率。通过分离内部变率和外强迫，进一步揭示了二者对最近40年中太平洋和超强厄尔尼诺发生频率增加的相对贡献：过去40年间，内部变率贡献了三分之二的中太平洋和超强厄尔尼诺事件，而外强迫使地球多经历了1次超强和2次中太平洋厄尔尼诺事件（图e）。图1 两个异常时段的超强和中太平洋型厄尔尼诺期海表温度的时空演变（a-d）以及1980年以来不同类型厄尔尼诺频次归因（e）该工作得到了三位审稿专家的一致高度评价，审稿人1和2认为该工作对该领域很重要并且有意义，审稿人3认为该工作新颖并且令人信服（审稿人1: The results are highly significant to the field 审稿人2: I find the study interesting and well-structured, and the results relevant to the scientific community 审稿人3: I think the findings are novel and the analysis is overall convincing，具体审稿意见可见杂志官网）。本文的通讯作者，LASG黄刚研究员提到："深入分析历史厄尔尼诺演变有助于我们深入理解和认识厄尔尼诺演变的原因和机制，同时也有助于理解全球变暖下的厄尔尼诺对我国气候带来的影响。本文所发现的结果表明全球变暖可能使超强型厄尔尼诺和中太平洋型厄尔尼诺的发生概率增加，从而显著影响我国东部气候，这也进一步强调了减排和碳中和的重要性"。LASG黄刚研究员和南京大学大气科学学院刘奇博士为本文共同通讯作者，本文第一作者为中国科学院大气物理研究所博士生甘如玉，大气物理研究所胡开明研究员和李熙晨研究员为共同作者。本研究受到国家自然科学基金项目(42141019, 41831175, 41721004, 42175040)，第二次青藏高原综合科学考察研究项目(STEP,2019QZKK0102), 中科院战略先导专项课题 (XDA20060500) 等项目共同资助。

日前，天津大学生命科学学院教授林志团队提出超强人造蚕丝制备新方法，第一次将廉价的普通蚕丝转换成具有超高强度的人造蚕丝。相关成果已发表在国际著名材料学期刊《物质》。新型人造蚕丝扫描电镜照片。天津大学供图天然蜘蛛牵引丝是自然界已知强度最高的天然蛋白纤维，其强度是同质量钢的五到十倍。然而，由于从天然蜘蛛中取得大批量蛛丝十分困难，目前市场上很少出现与蛛丝相关的实际产品。人类有利用蚕丝的悠久历史，但相较于蛛丝，蚕丝的强度和韧性都远远不够，学界一直致力于以蚕丝为出发点制造更坚韧的丝线，但以往得到的人造丝线大多性能不佳。“丝素蛋白是从蚕丝中提取的天然高分子纤维蛋白，相对于降解严重的蛋白，完整的高分子量丝素蛋白分子链可以提高纤维的强度。”据林志介绍。他带领团队使用了十二烷基硫酸钠和碳酸钠辅助溶解蚕丝外部粘层的方法，该方法的蚕茧脱胶率在28%左右，并且得到的再生丝素蛋白分子量仍较大，一定程度上保障了其机械性能。人工纺丝时，研究人员将浓缩的再生丝素蛋白通过微管像挤牙膏一样挤出，挤出的蛋白在含有锌离子和铁离子的溶液中迅速凝固形成细长的纤维，再经过适当的后处理，得到的纤维直径与蜘蛛牵引丝类似，但其强度和硬度都显著优于天然牵引丝。这种人工蚕丝纤维的拉伸强度比天然蛛丝的平均强度要高70 %以上，远远高于所有已知的天然微丝，成为了一种前景广阔的“超强人造蚕丝”。新型人造蚕丝与天然丝的拉伸曲线对比。天津大学供图“这项成果为生产高性能人造丝开辟了一种便捷高效的途径，为大规模生产具有高性能的蚕丝纺织品材料提供了坚实的技术基础。”林志表示。