Measurements of cellular pH are used to infer information such as stage of cell cycle, presence of cancer and other diseases, as well as delivery or effect of a therapeutic drug. Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) of nanoparticle-based pH probes have been used to interrogate intracellular pH, with the significant advantage of avoiding photobleaching compared to fluorescent indicators. 4-Mercaptobenzoic acid (MBA) is a commonly used pH-sensitive reporter molecule. Intracellular pH sensing by SERS requires analysis of the observed MBA spectrum and spectral interference can affect the pH determination. Background from common cell containers, imaging too few particles, signal-to-noise ratios, and degradation of reporter molecules are among the factors that may alter appropriate SERS-based pH determination in cells. Here, we have compared common methods of spectral analysis to see how different factors alter the calculated pH in Raman maps of MBA functionalized Au nanostars in SW620 cancer cells. The methods included in our comparison use the relative intensity of the ν(COO–) stretch, chemometric analysis of the ν8a mode, and analyzing the frequency shift of the ν8a mode. These methods show different sensitivity to some of these sources of error in live cell experiments. pH determination based on Raman frequency shift appears to give a more reliable pH determination, though in high signal-to-noise environments, intensity ratios may provide better sensitivity to small changes in pH for cellular imaging.

中文翻译：

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EXPRESS：基于 4-巯基苯甲酸表面增强拉曼光谱法测定细胞 pH 值的比较

细胞 pH 值的测量用于推断诸如细胞周期阶段、癌症和其他疾病的存在以及治疗药物的递送或效果等信息。基于纳米粒子的 pH 探针的表面增强拉曼光谱 (SERS) 已被用于询问细胞内的 pH 值，与荧光指示剂相比，具有避免光漂白的显着优势。4-巯基苯甲酸 (MBA) 是常用的 pH 敏感报告分子。SERS 的细胞内 pH 传感需要分析观察到的 MBA 光谱，光谱干扰会影响 pH 测定。来自普通细胞容器的背景、成像太少的颗粒、信噪比和报告分子的降解是可能改变细胞中适当的基于 SERS 的 pH 测定的因素之一。这里，我们比较了常见的光谱分析方法，以了解不同因素如何改变 SW620 癌细胞中 MBA 功能化 Au 纳米星的拉曼图中计算出的 pH 值。我们比较中包含的方法使用 ν(COO–) 拉伸的相对强度、ν8a 模式的化学计量分析以及分析 ν8a 模式的频移。这些方法对活细胞实验中的某些误差来源表现出不同的敏感性。基于拉曼频移的 pH 测定似乎提供了更可靠的 pH 测定，但在高信噪比环境中，强度比可能为细胞成像提供对 pH 微小变化的更好灵敏度。我们比较中包含的方法使用 ν(COO–) 拉伸的相对强度、ν8a 模式的化学计量分析以及分析 ν8a 模式的频移。这些方法对活细胞实验中的某些误差来源表现出不同的敏感性。基于拉曼频移的 pH 测定似乎提供了更可靠的 pH 测定，尽管在高信噪比环境中，强度比可能为细胞成像提供对 pH 微小变化的更好灵敏度。我们比较中包含的方法使用 ν(COO–) 拉伸的相对强度、ν8a 模式的化学计量分析以及分析 ν8a 模式的频移。这些方法对活细胞实验中的某些误差来源表现出不同的敏感性。基于拉曼频移的 pH 测定似乎提供了更可靠的 pH 测定，尽管在高信噪比环境中，强度比可能会为细胞成像提供对 pH 微小变化的更好灵敏度。