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科技日?qǐng)?bào)記者 宋迎迎
3月8日，科技日?qǐng)?bào)記者從中國科學(xué)院海洋研究所獲悉，該所科研團(tuán)隊(duì)成功研制一種適用于深海的新型表面增強(qiáng)拉曼散射插入式探針（RiP-SERS），搭載“發(fā)現(xiàn)”號(hào)ROV機(jī)器人在南海冷泉區(qū)完成常態(tài)化航次應(yīng)用，獲取了深海冷泉生物群落中納摩爾濃度的乙酰輔酶A、β-胡蘿卜素等生物大分子的拉曼光譜。這是國際上首次將表面增強(qiáng)拉曼技術(shù)用于深海，檢測(cè)靈敏度達(dá)納摩爾級(jí)，為研究冷泉和熱液極端環(huán)境中的生命現(xiàn)象提供了一種新方法。相關(guān)成果以《表面增強(qiáng)拉曼光譜對(duì)深海生物分子的原位檢測(cè)》為題，近日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《應(yīng)用表面科學(xué)》。
圖1 深海冷泉口微生物群落原位SERS探測(cè)概念圖（面板右側(cè)為RiP-SERS概念設(shè)計(jì)；面板左側(cè)RiP-SERS原位檢測(cè)照片。）中科院海洋所供圖
深海極端環(huán)境下的化能合成生命現(xiàn)象一直被認(rèn)為是地球早期生命起源的一種可能，是國際深海科學(xué)和生命科學(xué)的研究熱點(diǎn)。然而深海生物，尤其是微生物，對(duì)環(huán)境因素的變化高度敏感，導(dǎo)致傳統(tǒng)采樣實(shí)驗(yàn)中很多數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。因此，迫切需要開發(fā)能夠全面開展深海生物原位研究的探測(cè)技術(shù)。但由于深海化能合成細(xì)胞外代謝產(chǎn)物等有機(jī)大分子的濃度極低，且周圍環(huán)境復(fù)雜，國際上暫無任何原位檢測(cè)技術(shù)手段。
激光拉曼光譜是一種無損、非接觸、快速的探測(cè)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于深海極端環(huán)境的原位探測(cè)。然而，拉曼光譜的高檢出限和低靈敏度限制了其在深海極端環(huán)境中檢測(cè)超低濃度生物分子的可能性。表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）技術(shù)可以使分子吸附在粗糙金屬表面的拉曼信號(hào)強(qiáng)度提高數(shù)百萬倍。因此，深海原位拉曼系統(tǒng)可以與SERS技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)深海生物分子的原位檢測(cè)。
圖2 (a) 南海海馬冷泉噴口生物群落的原位拉曼光譜（無SERS；帶SERS)；(b) 各種生物分子的SERS光譜與原位拉曼光譜的比較。中科院海洋所供圖
基于此，科研團(tuán)隊(duì)使用前期研發(fā)的新型納米材料，突破了深海耐高壓、低溫、高鹽和渾濁流體環(huán)境下的SERS檢測(cè)技術(shù)，研發(fā)了一種新型的RiP-SERS探針，這是繼團(tuán)隊(duì)研發(fā)RiP-Cs、RiP-Pw、RiP-Hv和RiP-Gh探針后的又一突破性進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)成功利用RiP-SERS探針獲取了海馬冷泉口海水-沉積物界面生物信息分子的拉曼光譜數(shù)據(jù)，成功檢測(cè)到納摩爾級(jí)濃度的乙酰輔酶A、β-胡蘿卜素等生物大分子。這也是國際上首次利用SERS技術(shù)在原位獲得深海生物大分子拉曼光譜數(shù)據(jù)的研究，為深海原位檢測(cè)低濃度的微生物代謝產(chǎn)物提供了新手段。據(jù)悉，該技術(shù)的適用范圍也涵蓋了極端工業(yè)環(huán)境下的原位檢測(cè)，有一定的推廣應(yīng)用前景。
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