表面增强拉曼光谱(SERS)技术在生物成像诊疗中具有独特的优势，目前的SERS生物探针一直局限于贵金属纳米材料，然而贵金属纳米材料在SERS应用方面的非选择性增强特性制约了其在生物诊疗等领域的进一步发展。因此，急需发展一种具有高SERS增强因子的非贵金属SERS生物探针用于肿瘤的成像与诊疗方面。
基于金属氧化物优异的生物相容性、结构稳定性以及选择性增强特性，中国科学院宁波材料技术与工程研究所纳米生物材料研究团队，创新性地构建了非晶-晶体核壳结构TiO2纳米粒子SERS基底，晶体核结构为富含电子体系，可为表面非晶壳提供电子源，非晶态表面电子能级与目标分子的轨道能级具有强耦合效应，使得光生电子从晶体核往非晶壳和目标分子有效输运转移，从而提高了金属氧化物SERS系统的光致电荷转移效率，使得材料的SERS增强因子达到105（类金纳米粒子SERS增强级别），可以满足单细胞SERS光谱检测和成像需求。研究团队采用非晶-晶体核壳结构TiO2纳米粒子-拉曼信号分子-生物大分子-叶酸抗体构建出可用于快速识别区分乳腺癌细胞和乳腺癌多药耐药细胞的金属氧化物基生物SERS探针，并成功通过非晶-晶体核壳结构TiO2纳米粒子的光热性能杀死乳腺癌多药耐药细胞，从而达到乳腺癌耐药细胞精准诊治的效果。该新型金属氧化物基生物SERS探针的构建不仅拓宽了SERS技术的实际应用范围，而且在生物成像和诊疗领域展现了良好的应用价值。相关研究成果发表在ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, 12, 4204（封面文章），同时申请了发明专利201911014528.3。上述工作并获得国家自然科学基金、国家重点研发计划“精准医学研究”专项、中国博士后自然科学基金、浙江省和宁波市等项目支持。
图1 核壳结构TiO2纳米粒子生物SERS探针合成路径及其在乳腺癌耐药细胞中的靶向成像中的应用。