In Vitro and In Vivo SERS Biosensing for Disease Diagnosis

Abstract

For many disease states, positive outcomes are directly linked to early diagnosis, where therapeutic intervention would be most effective. Recently, trends in disease diagnosis have focused on the development of label-free sensing techniques that are sensitive to low analyte concentrations found in the physiological environment. Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) is a powerful vibrational spectroscopy that allows for label-free, highly sensitive, and selective detection of analytes through the amplification of localized electric fields on the surface of a plasmonic material when excited with monochromatic light. This results in enhancement of the Raman scattering signal, which allows for the detection of low concentration analytes, giving rise to the use of SERS as a diagnostic tool for disease. Here, we present a review of recent developments in the field of in vivo and in vitro SERS biosensing for a range of disease states including neurological disease, diabetes, cardiovascular disease, cancer, and viral disease.

Critical assessment of relevant methods in the field of biosensors with direct optical detection based on fibers and waveguides using plasmonic, resonance, and interference effects

“…Looking especially at small molecules, many techniques, including surfaceenhanced Raman spectroscopy, have been reviewed in a recent article, together with potential evaluation techniques [114]. Raman and especially using the SERS (surfaceenhanced Raman spectroscopy) instrumentation has become very interesting because of new developments resulting in easy to use and at low costs [115]. Nevertheless, Raman cannot be the topic of this review.…”

Prospects for Raman spectroscopy in cardiology

“…Метод спектроскопии КР обладает рядом достоинств, в частности, возможностью быстрого и точного получения информации о биологической структуре объекта [11]. Чувствительность метода спектроскопии КР заключена в способности к определению низких концентраций вещества, метод является неразрушающим и минимально-инвазивным, а также требующим минимальной пробоподготовки что открывает широкие перспективы применения in vitro и in vivo [4,12,13]. Однако существует и определенные проблемы применения этого метода.…”

“…В последнее время тенденции в диагностике заболеваний сфокусированы на разработке методов детектирования без использования меток, а также чувствительных к низким концентрациям [4]. В данной публикации пойдет речь о возможностях использования метода спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) света (КР-спектроскопия = спектроскопия КР) и гигантского комбинационного рассея-ния (ГКР) света для изучения функционального состояния тканей и клеток организма, а также перспективах применения этого подхода в современной кардиологии и смежных областях медицины.…”

“…Гигантское комбинационное рассеяние (ГКР) представляет собой явление, возникающее вследствие усиления сигнала на поверхности подложки за счет возбуждения плазмонных резонансов. Данный эффект позволяет в млрд раз увеличить чувствительность определения химических соединений и биологических молекул [7], что приводит к усилению КР сигнала от биологического объекта и позволяет обнаруживать анализируемые вещества в диапазоне очень низких концентраций [4]. Также существует технология совмещения КР-спектрометра с конфокальным микроскопом, что, в свою очередь, позволяет регистрировать КР целых клеток или отдельных участков клетки [8].…”

Designing dendronic-Raman markers for sensitive detection using surface-enhanced Raman spectroscopy

“…Most disease states commence with slight changes in the cellular processes which magnies with disease progression. 1 Thus, early diagnosis and regular monitoring becomes paramount for enhancing treatment efficacy. In view of this, there have been numerous reports exploiting SERS for disease diagnostics.…”