——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學(xué)院辦院方針
表面增強(qiáng)拉曼光譜（surface-enhanced Raman spectroscopy，SERS）是一種具有單分子檢測靈敏度的分子指紋光譜技術(shù)，在生物醫(yī)學(xué)分析、催化機(jī)理研究、環(huán)境與食品安全現(xiàn)場快檢等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。最近，中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所（廈門稀土材料研究中心）張云課題組利用前期發(fā)展的三維表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)，在生物醫(yī)學(xué)分析領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展：（1）通過發(fā)展可穿戴手性SERS傳感微流控貼片，實現(xiàn)了人體汗液中手性代謝物的實時非侵入監(jiān)測，為精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)提供了技術(shù)支撐（Small 2025,21,2500770. https://doi.org/10.1002/smll.202500770）。（2）通過構(gòu)建三維雙功能柔性納米結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了單個細(xì)胞凋亡過程中胞外釋放細(xì)胞色素C空間分布的原位監(jiān)測，并驗證了該技術(shù)在活體腫瘤治療效果評估中的潛在應(yīng)用價值（Biosensors and Bioelectronics 2025,288,117818. https://doi.org/10.1016/j.bios.2025.117818）。
（1）手性是自然界的本質(zhì)屬性，在生命起源、發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。若干手性代謝小分子已經(jīng)成為癌癥等疾病監(jiān)測的重要生物標(biāo)志物。目前，臨床中手性代謝分子的檢測需對血液等樣品進(jìn)行前處理，并依賴手性高效液相色譜等方法實現(xiàn)對映體的定量分析。然而，此類常規(guī)方法由于耗時長、通量低等缺點，限制了手性代謝小分子在個性化診療中的應(yīng)用價值。
針對上述問題，張云課題組發(fā)展了一種可原位實時定量分析人體汗液中手性代謝分子的可穿戴汗液傳感策略 （圖1）。這種可穿戴設(shè)備集成了可以從皮膚表面提取儲存汗液的微流控貼片，以及針對汗液手性代謝分子檢測的柔性SERS傳感元件。作為概念性演示，我們通過該設(shè)備首次實現(xiàn)了人體汗液中手性代謝分子左氧氟沙星的原位實時定量分析檢測，獲得了個體的動態(tài)代謝模式。通過與HPLC/MS檢測結(jié)果比較，證實了我們發(fā)展的可穿戴微流控手性SERS傳感設(shè)備具有極好的對映異構(gòu)體響應(yīng)性、高的檢測靈敏度和穩(wěn)定性。該項技術(shù)為體內(nèi)與疾病相關(guān)的異常手性代謝分子的檢測提供技術(shù)支持，有望在疾病診斷、預(yù)后、個性化醫(yī)療等方面發(fā)揮作用。
圖1.?可穿戴手性SERS微流控傳感技術(shù)實現(xiàn)人體汗液中手性代謝分子的實時監(jiān)測
（2）光熱直接誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡是消除腫瘤細(xì)胞的主要機(jī)制之一。凋亡中釋放到胞外的細(xì)胞色素C是一種潛在的信號分子，參與了多種病理生理過程的調(diào)節(jié)。目前，細(xì)胞色素C的檢測技術(shù)主要包括酶聯(lián)免疫吸附試驗（ELISA）、Western blot、流式細(xì)胞術(shù)等。ELISA和Western blot具有較高的檢測特異性和靈敏度，但是得到的是細(xì)胞群體的平均響應(yīng)，無法揭示不同細(xì)胞之間細(xì)胞色素C含量的異質(zhì)性。
為了實現(xiàn)單個凋亡細(xì)胞釋放細(xì)胞色素C空間分布的原位監(jiān)測，張云課題組發(fā)展了一種雙功能3D SERS基底，在單細(xì)胞水平實現(xiàn)了細(xì)胞凋亡釋放細(xì)胞色素C的定量成像分析，并實現(xiàn)了活體光熱治療腫瘤過程中腫瘤組織內(nèi)細(xì)胞色素C的原位監(jiān)測 （圖2）。該3D基底通過上下兩層納米結(jié)構(gòu)之間的表面等離激元耦合作用，協(xié)同形成兼具光熱和SERS檢測的雙功能特性。通過在3D 基底表面原位培養(yǎng)細(xì)胞，在光熱效應(yīng)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡后，我們獲得了單個細(xì)胞釋放細(xì)胞色素C的原位定量SERS成像。通過該技術(shù)，我們進(jìn)一步研究了不同細(xì)胞系對凋亡時細(xì)胞色素C釋放的影響。通過構(gòu)建雙功能3D SERS基底的可穿戴貼片，實現(xiàn)了小鼠腫瘤光熱治療過程中，凋亡腫瘤細(xì)胞釋放細(xì)胞色素C的原位監(jiān)測。我們所開發(fā)的方法為深刻理解細(xì)胞凋亡釋放代謝物如何影響周圍細(xì)胞生理過程提供了技術(shù)支持。
圖2.?利用三維雙功能SERS基底實現(xiàn)光熱誘導(dǎo)凋亡細(xì)胞色素C釋放空間分布的原位監(jiān)測
相關(guān)成果分別以（1） Wearable SERS-microfluidic patch for real-time in situ monitoring of chiral metabolites in sweat為題發(fā)表在國際期刊Small。（2）In situ spatial profiling of cytochrome c release at the single-cell level under photothermal stress utilizing a 3D bifunctional SERS substrate為題發(fā)表在生物醫(yī)學(xué)分析領(lǐng)域權(quán)威期刊Biosensors and Bioelectronics。中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所張云研究員、田向東副研究員、中國科學(xué)院過程工程研究所周蕾研究員為文章通訊作者。
