体内表面增强拉曼散射技术：纳米探针、仪器与应用

In vivo surface-enhanced Raman scattering techniques: nanoprobes, instrumentation, and applications

论文信息：Hyejin Chang, Won Hur, Homan Kang & Bong-Hyun Jun

主讲人：李世伟，2025年12月07日

研究进展：

1.传统临床成像技术（CT、PET、MRI、超声等）存在局限性：CT/PET 有电离辐射风险，MRI/PET 成本高、空间分辨率不足，超声 / CT 缺乏多重检测能力，难以满足精准诊疗需求。

2.表面增强拉曼散射（SERS）技术凭借非侵入性、高特异性、信号稳定等优势兴起，近红外（NIR）窗口（NIR-I：650-900 nm；NIR-II：1000-1700 nm）的应用解决了生物组织对可见光的强吸收、自荧光及散射问题，大幅提升成像深度与灵敏度。

3.关键里程碑研究奠定基础：2006 年实现体内葡萄糖无标记 SERS 检测，2008 年完成靶向纳米探针的肿瘤无创检测，后续多重检测技术突破推动 SERS 向临床转化。

研究内容：

（一）SERS 纳米探针设计

1.核心组件：包括 plasmonic 纳米基底（Au/Ag 纳米球、纳米棒、纳米星等）、拉曼标记化合物（RLCs）、保护层（PEG、二氧化硅等）及生物配体（抗体、适配体等）。

2.优化方向：通过调控基底形貌（如各向异性纳米棒、带 “热点” 的纳米星）匹配 NIR 窗口，选用高拉曼截面的 RLCs（如近红外染料衍生物），修饰保护层提升生物相容性与稳定性，偶联生物配体实现靶向识别。

（二）仪器配置优化

1.显微镜基配置：涵盖点扫描、线扫描（如 SARI 系统）、宽场成像，适配不同成像范围与分辨率需求，核心参数包括 785 nm/1064 nm 激发激光、Si/InGaAs 探测器。

2.光纤基配置：包括内窥镜、手持探针（如 SpectroPen）、空间偏移拉曼光谱（SESORS），满足术中导航、深部组织检测等微创 / 无创场景需求。

（三）体内核心应用

1.传感与诊断：实现葡萄糖、神经递质等生物分子的非侵入检测，以及植物胁迫信号分子、肿瘤标志物的精准识别。

2.生物分子筛选与多重成像：利用 SERS 窄光谱特性，实现多靶点同步检测，助力药物筛选与肿瘤异质性分析。

3.术中导航：通过靶向纳米探针精准勾勒肿瘤边界，结合拉曼成像引导手术切除，降低残留风险。

4.多功能癌症治疗：整合光热治疗（PTT）、化疗的纳米探针，实现 “成像 - 治疗” 一体化。

要点：

1.纳米探针是核心：基底的等离子体共振调控、RLCs 的信号增强能力、保护层的生物相容性，直接决定检测灵敏度与体内适用性。

2.仪器适配场景：显微镜基系统适用于预临床大视野成像，光纤基系统适配临床微创 / 术中检测，需根据应用场景选择激发波长与探测器。

3.技术优势显著：相比传统技术，SERS 具备多重检测能力、低背景噪音、微创 / 无创特性，在精准医疗中具有不可替代的价值。

4.临床转化关键挑战：需解决纳米探针的生物安全性（毒性、代谢）、检测重复性、仪器成本控制，以及穿透深度优化（NIR-II 窗口潜力更大）

总结与展望：

1.总结：SERS 技术通过纳米探针优化与仪器创新，已在体内传感、肿瘤诊疗、术中导航等领域取得突破性进展，成为连接基础研究与临床应用的关键技术。其核心优势在于高特异性、多重检测能力及 “成像 - 治疗” 一体化潜力，弥补了传统成像技术的短板。

2.展望：未来需重点推进 NIR-II 窗口纳米探针的临床转化，优化生物相容性与代谢途径；结合 AI / 机器学习提升数据解析效率；开发多模态成像系统（如 SERS-MRI / 光声成像）；建立标准化检测流程，降低仪器成本，推动 SERS 技术在个性化医疗、早期疾病诊断中的广泛应用。