声悬浮合成用于特定SERS分析的超高密度球形核酸结构

研究背景：

SERS技术在生物分子检测中具有广泛应用前景，但其性能很大程度上取决于所采用的等离子体结构。传统的SERS基底如固体基底和胶体溶液存在诸多局限性，如难以控制纳米尺度"热点"的均一性，难以将目标分子精确定位于"热点"区域等。因此迫切需要开发新型的SERS平台，以实现对生物分子事件的高灵敏、高特异性检测。

研究内容：

（1）声波对DNA与金纳米颗粒(GNP)结合的影响机制：通过分子动力学模拟，发现声波可以促进GNP表面柠檬酸根配体的脱附，降低静电排斥，从而有利于DNA的吸附。离子色谱实验进一步证实了声波能够引起GNP表面配体的脱附。这种声波诱导的配体脱附和DNA吸附过程是SNA合成的关键机制。

图1 用于靶向原位SERS分析仪的SNA的声悬浮合成

（2）声波悬浮反应器制备SNA的过程：声波悬浮反应器可将液滴体积大幅浓缩(最高达15000倍)，同时快速蒸发溶剂。这种极端的浓缩和脱水过程大大提高了DNA与GNP的结合密度,达到超过现有各种合成方法的水平。

图2 超声波对SNAsDNA密度影响的MD模拟

（3）悬浮SNA在3D空间的自组装及其SERS性能：悬浮SNA在3D空间自组装,DNA壳层可调控纳米间隙,构建出均匀的3D等离子体"热点"阵列。有限元模拟和实验SERS数据证明了这种3D "热点"阵列结构具有超强的SERS增强效果。

图3 超高DNA密度SNA的声悬浮合成

（4）基于SNA的活细胞分子事件检测：将特异性核酸适配体修饰到SNA上,实现了对细胞膜受体CD71和integrin α3β1的标记性SERS检测。这为活细胞分子事件的定向和无标记SERS检测提供了新方法。

图4 声悬浮反应器中产生的SNA团簇的理论模拟、量化能力和灵敏度

研究意义：

该声波悬浮合成SNA的方法简单高效,能制备出性能优异的3D SERS基底,为生物传感和分子诊断开辟了新的研究思路。

该技术可实现对活细胞膜受体的定向SERS检测,为活细胞分子事件分析提供了新工具。

该声波悬浮SNA平台具有高灵敏度、高特异性等特点,在生物医学领域如生物标记诊断等方面具有广阔的应用前景。

总结：

综上所述，这篇论文提出了一种新型的声波悬浮合成SNA的方法，克服了传统SERS基底的局限性，并将其应用于活细胞分子事件的高灵敏、高特异性检测。该技术为SERS生物传感和分子诊断提供了新的研究思路和实验平台，具有广阔的应用前景。

参考文献

Ding, Z., Gao, H., Wang, C., Li, Y., Li, N., Chu, L., Chen, H., Xie, H., Su, M., Liu, H., 2024. Acoustic Levitation Synthesis of Ultrahigh-Density Spherical Nucleic Acid Architectures for Specific SERS Analysis. Angewandte Chemie International Edition n/a(n/a), e202317463.

原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202317463