萊布尼茨光子技術研究所（IPHT）Jürgen Popp教授預測，拉曼光譜技術的檢測能力將有助于改善病人護理和公共衛生方案。

拉曼光譜技術及其相關檢測方案的新興應用或將改善病患臨床護理的質量，當前面臨的許多醫學及生物領域的挑戰也將因此迎刃而解。

據麥姆斯咨詢報道，近日，在SPIE（國際光學工程學會）西部光電展的數字論壇上，萊布尼茨光子技術研究所（IPHT）的Jürgen Popp教授概述了拉曼光譜技術的最新發展，并預測了該技術在實際應用中的發展前景。

Popp教授指出目前仍有四種特定需求仍未得到滿足：（1）更實時地監測臨床藥物療效；（2）利用光譜法檢測病原體而無需標記；（3）更便利地監測水體污染物以改善公共衛生狀況；（4）更早地檢測到體內細胞聚集以預防中風或心血管疾病。

Popp教授表示：“這四種需求對檢測器件的分析能力有一些共同的要求，比如分子特異性分析、檢測時間短、在線分析能力、可量化數據的能力、低檢測限、最少標記或無標記樣品制備等要求，另外，現場或臨床應用的能力也同樣重要。”

拉曼光譜技術足以滿足這些要求，特別是在表面增強拉曼散射（SERS）法中，當其分子指紋光譜的固有特異性與特殊基質或納米結構產生的等離子體效應相結合的情況下。

科學家們發明的等離子體活性納米結構，能夠作為強大SERS基底，為滿足這些需求提供了多種方案。其中，自下而上法（Bottom-up）制備技術可以通過種晶生長法實現復雜形狀的納米結構，而自組織過程和基于模板匹配方法又可以產生特定設計的組件和陣列。另外，區別于其他技術，自上而下法（Top-down）則可以采用電子束光刻或離子蝕刻等技術。

個性化醫療

Popp教授關注的第一項應用是藥物療效的監測。比如在治療呼吸道或尿路細菌感染時監測藥物劑量，做到既保證藥效又能將毒性作用降到最低。Popp教授認為，有效的治療應該針對每位病人進行藥物劑量的個性化配制。

Jürgen Popp教授指出：“色譜分析法也可以進行治療性藥物監控，但其樣品制備時間過長，儀器成本太高。我們需要一種低成本且能現場分析的方法。”

解決方案之一是將SERS和芯片實驗室（LoC）技術結合起來，在LoC內部結構中加入等離子體納米材料，以獲得所需的強化SERS。根據Popp所說，LoC-SERS技術可以得到高重復性的結果，并且能實現高樣品通量和自動化處理。

SERS與芯片實驗室（LoC）技術結合

這項技術已在尿檢中測試，檢測廣譜抗生素左氧氟沙星在人體內的殘留量，以避免過量服用藥物。

Popp教授感興趣的第二項應用是無標記病原體檢測。Popp描述了SERS技術如何應用于檢測破壞性植物病原體櫟樹猝死病菌（phytophthora ramorum），以及H1N1和柯薩奇病毒等結構更復雜的病毒。利用原子尖點散射的針尖增強拉曼光譜（TERS）原理的新研究策略已被開發，并將應用于研究Covid-19。

“這些研究向單分子靈敏度拉曼光譜的應用邁出了第一步。”Popp評論說：“正確的等離子體結構設計可以幫助我們處理泵、斯托克斯和反斯托克斯散射信號之間的共振，創建表面增強相干反斯托克斯拉曼散射光譜（SECARS）。當整體增強達到最高點時，就能檢測單個病毒。”

強大的診斷工具

在很多地方，如何解除水中含有的毒性是迫切需要解決的公共衛生問題。Popp談及他們在這方面的努力。硫桿菌是檢測水中氯碳含量的有效生物標志物，可以通過SERS分析硫桿菌的數量來監測地下水中四氯乙烷（PCE）的含量。

Popp談到：“硫桿菌的化學成分在不同的培養條件下會發生變化，比如有大量的PCE存在的環境。硫桿菌體內有一種特定的酶，這種酶含有B12輔助因子，其SERS技術可以用于檢測PCE的數量，通過這種方式能夠驗證PCE去除技術的有效性。”

Popp提到的最后一個重點領域涉及人類迫在眉睫的健康問題，即血管中細胞聚集導致動脈粥樣硬化或其他心血管疾病。一旦SERS技術能夠識別出不同的動脈斑塊中存在的不同巨噬細胞或白細胞，我們就能夠區分危險斑塊與風險較小的積聚區，實現動脈斑塊的早期檢測。

Popp還說明了使用SERS標記的研究。SERS標記在包裹糖基單體甘露糖的金納米星上，被巨噬細胞吸收后并入斑塊。SERS能夠監測這一過程，作為識別動脈粥樣硬化情況的途徑之一。

Popp最后總結道：“在這四個領域中的研究展現了SERS技術在不同的應用情境中如何結合分子特異性、縮短檢測時間、如何簡化拉曼光譜技術的運用。SERS正在成為一種強大的分析和診斷工具。”

責任編輯：lq