SERS納米探針技術(shù)：肺癌非標(biāo)記診斷的創(chuàng)新之光一、引言1.1研究背景與意義肺癌，作為全球范圍內(nèi)發(fā)病率和死亡率均位居前列的惡性腫瘤，嚴(yán)重威脅著人類(lèi)的生命健康。根據(jù)世界衛(wèi)生組織國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)（IARC）發(fā)布的2020年全球癌癥負(fù)擔(dān)數(shù)據(jù)，當(dāng)年肺癌新發(fā)病例約220萬(wàn)，死亡病例約180萬(wàn)，無(wú)論是發(fā)病數(shù)還是死亡數(shù)，均高居各類(lèi)癌癥之首。在我國(guó)，肺癌同樣是“癌癥第一殺手”，2016年，我國(guó)肺癌發(fā)病人數(shù)為82.8萬(wàn)，因肺癌死亡人數(shù)達(dá)65.7萬(wàn)。更為嚴(yán)峻的是，肺癌的早期診斷率較低，我國(guó)肺癌早期診斷率僅為19%，約68%的患者在確診時(shí)已處于晚期。早期小肺癌的五年生存率可達(dá)92%，而晚期肺癌患者的五年生存率僅為5.8%，這一巨大的生存差異凸顯了肺癌早期診斷的關(guān)鍵意義。肺癌早期癥狀隱匿，常無(wú)明顯特異性表現(xiàn)，可能僅出現(xiàn)咳嗽、咳痰、咯血、胸痛等輕微癥狀，極易被患者忽視或與其他常見(jiàn)呼吸系統(tǒng)疾病混淆，導(dǎo)致病情延誤。目前，臨床常用的肺癌診斷方法包括影像學(xué)檢查（如低劑量螺旋CT、X線、MRI等）、組織活檢（手術(shù)活檢、穿刺活檢等）以及腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)等。低劑量螺旋CT雖能發(fā)現(xiàn)早期肺癌，但存在一定的假陽(yáng)性和假陰性率，且輻射暴露風(fēng)險(xiǎn)也不容忽視；組織活檢雖為診斷“金標(biāo)準(zhǔn)”，但屬于侵入性檢查，會(huì)給患者帶來(lái)生理痛苦和心理負(fù)擔(dān)，還存在引發(fā)并發(fā)癥的可能；腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)雖操作簡(jiǎn)便、創(chuàng)傷小，但靈敏度和特異性有待提高，單一標(biāo)志物檢測(cè)難以滿足臨床需求，聯(lián)合檢測(cè)雖有一定改善，但仍存在局限性。因此，開(kāi)發(fā)一種高靈敏度、高特異性、非侵入性或微創(chuàng)的肺癌早期診斷新技術(shù)迫在眉睫。表面增強(qiáng)拉曼散射（Surface-EnhancedRamanScattering，SERS）納米探針技術(shù)作為一種新興的生物分析技術(shù)，在肺癌診斷領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和巨大潛力，為肺癌早期診斷開(kāi)辟了新路徑。SERS效應(yīng)基于等離子體納米材料，當(dāng)材料受到特定頻率的光照射時(shí)，會(huì)在其表面產(chǎn)生局部強(qiáng)電磁場(chǎng)，即“熱點(diǎn)”。處于“熱點(diǎn)”區(qū)域的分子，其拉曼散射信號(hào)可被大幅放大，增強(qiáng)因子可達(dá)10^6-10^14，使得痕量物質(zhì)的檢測(cè)成為可能。與傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)相比，SERS納米探針技術(shù)具有高靈敏度，可實(shí)現(xiàn)單分子水平檢測(cè)；選擇性增強(qiáng)特性，通過(guò)合理設(shè)計(jì)納米探針，能特異性識(shí)別目標(biāo)分子；穩(wěn)定性高，納米材料的特性保證了檢測(cè)信號(hào)的穩(wěn)定；可提供豐富的組分指紋信息，有助于對(duì)復(fù)雜生物樣品進(jìn)行精準(zhǔn)分析等優(yōu)勢(shì)。在肺癌診斷中，SERS納米探針技術(shù)能夠檢測(cè)肺癌相關(guān)的生物標(biāo)志物，如腫瘤細(xì)胞表面的特異性蛋白、核酸、代謝產(chǎn)物以及呼出氣體中的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）等。通過(guò)將具有特異性識(shí)別功能的生物分子（如抗體、適配體、核酸探針等）修飾在SERS納米探針表面，使其能夠精準(zhǔn)靶向肺癌相關(guān)標(biāo)志物，實(shí)現(xiàn)對(duì)肺癌的早期、準(zhǔn)確診斷。該技術(shù)還可與微流控技術(shù)、成像技術(shù)等聯(lián)用，構(gòu)建多功能檢測(cè)平臺(tái)，進(jìn)一步提升檢測(cè)性能和臨床應(yīng)用價(jià)值。例如，結(jié)合微流控技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)微量生物樣品的高效富集和快速檢測(cè)；與成像技術(shù)結(jié)合，能實(shí)現(xiàn)對(duì)肺癌組織或細(xì)胞的可視化分析，為肺癌的病理診斷和病情監(jiān)測(cè)提供更直觀、全面的信息。因此，深入研究SERS納米探針技術(shù)在肺癌非標(biāo)記診斷中的應(yīng)用，對(duì)于提高肺癌早期診斷水平、改善患者預(yù)后、降低肺癌死亡率具有重要的科學(xué)意義和臨床實(shí)用價(jià)值，有望為肺癌的精準(zhǔn)診療帶來(lái)新的突破。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）納米探針技術(shù)在肺癌非標(biāo)記診斷領(lǐng)域是一個(gè)活躍且具有廣闊前景的研究方向，國(guó)內(nèi)外眾多科研團(tuán)隊(duì)圍繞該技術(shù)展開(kāi)了深入研究，取得了一系列有價(jià)值的成果，同時(shí)也面臨一些尚待解決的問(wèn)題。在國(guó)外，科研人員在SERS納米探針的設(shè)計(jì)與制備方面不斷創(chuàng)新。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)精確控制金納米顆粒的尺寸和形狀，制備出具有高SERS活性的納米探針，顯著提高了對(duì)肺癌相關(guān)生物標(biāo)志物的檢測(cè)靈敏度。他們利用種子介導(dǎo)生長(zhǎng)法，成功合成了粒徑均一、分散性良好的金納米棒，其獨(dú)特的長(zhǎng)徑比賦予了納米棒更強(qiáng)的局域表面等離子體共振效應(yīng)，使得對(duì)肺癌細(xì)胞表面特定蛋白的檢測(cè)限達(dá)到皮摩爾級(jí)別，為肺癌的早期檢測(cè)提供了更靈敏的手段。英國(guó)劍橋大學(xué)的科研人員則專注于將SERS納米探針與微流控技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建集成化的肺癌診斷平臺(tái)。他們?cè)O(shè)計(jì)的微流控芯片能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)微量生物樣品的高效處理和富集，結(jié)合表面修飾有特異性抗體的SERS納米探針，可在短時(shí)間內(nèi)對(duì)肺癌標(biāo)志物進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)，大大提高了檢測(cè)效率和臨床實(shí)用性，有望實(shí)現(xiàn)肺癌的床旁快速診斷。在肺癌亞型診斷方面，東南大學(xué)郝琪團(tuán)隊(duì)于2024年7月12日在《NatureCommunications》上發(fā)表論文，提出了圖案化的等離子體三聚體，由雙邊側(cè)的一對(duì)等離子體二聚體和位于兩者之間的陷阱粒子組成，用于早期檢測(cè)肺部腫瘤。該研究通過(guò)分析10例患者（6例ad-ca、3例sq-ca和1例良性病例）的SERS結(jié)果，并與TNM分期比較，發(fā)現(xiàn)SERS對(duì)ad-ca腫瘤敏感，但對(duì)sq-ca或良性腫瘤不敏感，證明了SERS在肺部腫瘤早期診斷和亞型分型方面的潛力。不過(guò)，該研究樣本量較小，后續(xù)還需更大數(shù)據(jù)集進(jìn)一步完善結(jié)論。國(guó)內(nèi)在SERS納米探針技術(shù)用于肺癌非標(biāo)記診斷的研究也取得了顯著進(jìn)展。中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所的納米生物材料團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了多種SERS納米生物探針，并將其應(yīng)用于肺癌循環(huán)腫瘤細(xì)胞的檢測(cè)。其中，基于微篩分離手段和腫瘤靶向特性的黑色氧化鈦（B-TiO?）SERS生物探針，先利用微篩芯片對(duì)人體血液中目標(biāo)細(xì)胞進(jìn)行純化分離，再利用葉酸修飾的SERS生物探針識(shí)別芯片上捕獲的腫瘤細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)了外周血樣中單個(gè)腫瘤細(xì)胞篩選和原位檢測(cè)，檢測(cè)靈敏度、特異性和準(zhǔn)確性高，已完成180例不同癌種臨床樣本有效檢測(cè)，檢測(cè)靈敏度達(dá)到單細(xì)胞水平，檢測(cè)準(zhǔn)確度可達(dá)90%以上，為肺癌的液體活檢提供了新的策略。福建師范大學(xué)馮尚源教授、王靜研究員團(tuán)隊(duì)提出了一種基于無(wú)生物干擾、目標(biāo)觸發(fā)的核心-衛(wèi)星納米復(fù)合材料的超靈敏表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）技術(shù)，用于檢測(cè)與肺癌相關(guān)的血漿miRNA-21。該技術(shù)無(wú)需RNA預(yù)提取，可直接從復(fù)雜血漿樣品中檢測(cè)miRNA-21，檢測(cè)極限達(dá)到0.1fM，線性檢測(cè)范圍為1fM-10nM，比常規(guī)PCR檢測(cè)方法更靈敏且線性范圍更廣，有望拓展用于其他血漿miRNA標(biāo)記物的超靈敏定量檢測(cè)，作為肺癌早期篩查的補(bǔ)充方法。盡管?chē)?guó)內(nèi)外在SERS納米探針技術(shù)用于肺癌非標(biāo)記診斷方面取得了諸多成果，但仍存在一些不足。一方面，SERS納米探針的穩(wěn)定性和重復(fù)性有待進(jìn)一步提高，不同批次制備的納米探針在性能上可能存在差異，影響檢測(cè)結(jié)果的可靠性和可比性。另一方面，SERS信號(hào)的解析和數(shù)據(jù)分析方法還不夠完善，目前對(duì)于復(fù)雜生物樣品中SERS光譜的解讀主要依賴于經(jīng)驗(yàn)和參考標(biāo)準(zhǔn)譜圖，缺乏高效、準(zhǔn)確的自動(dòng)化分析算法，難以快速、準(zhǔn)確地從海量的SERS數(shù)據(jù)中提取關(guān)鍵信息，限制了該技術(shù)在臨床大規(guī)模應(yīng)用。此外，雖然SERS納米探針在實(shí)驗(yàn)室研究中展現(xiàn)出良好的檢測(cè)性能，但從實(shí)驗(yàn)室到臨床轉(zhuǎn)化過(guò)程中，還面臨著生物安全性評(píng)估、檢測(cè)成本控制、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)化等諸多挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步深入研究和解決。1.3研究目的與方法本研究旨在深入探究表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）納米探針技術(shù)在肺癌非標(biāo)記診斷中的應(yīng)用，通過(guò)系統(tǒng)研究，開(kāi)發(fā)出高靈敏度、高特異性、可用于臨床肺癌早期診斷的SERS納米探針檢測(cè)方法，為肺癌的精準(zhǔn)診斷提供新的技術(shù)手段和理論依據(jù)，具體目標(biāo)如下：設(shè)計(jì)與制備高性能SERS納米探針：基于對(duì)SERS增強(qiáng)機(jī)理和肺癌相關(guān)生物標(biāo)志物的深入研究，設(shè)計(jì)并制備具有高SERS活性、良好穩(wěn)定性和生物相容性的納米探針。通過(guò)精確調(diào)控納米材料的組成、尺寸、形貌和表面性質(zhì)，優(yōu)化納米探針的性能，使其能夠高效地捕獲和識(shí)別肺癌相關(guān)標(biāo)志物，并產(chǎn)生強(qiáng)烈且穩(wěn)定的SERS信號(hào)。建立肺癌非標(biāo)記SERS檢測(cè)方法：以肺癌細(xì)胞系、肺癌患者生物樣本（如血液、痰液、呼氣冷凝液等）以及健康對(duì)照樣本為研究對(duì)象，利用制備的SERS納米探針，建立肺癌非標(biāo)記檢測(cè)方法。系統(tǒng)研究SERS納米探針與肺癌標(biāo)志物之間的相互作用機(jī)制，確定最佳檢測(cè)條件，如探針濃度、孵育時(shí)間、檢測(cè)環(huán)境等，實(shí)現(xiàn)對(duì)肺癌標(biāo)志物的高靈敏、高特異性檢測(cè)，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，評(píng)估該檢測(cè)方法的靈敏度、特異性、準(zhǔn)確性等性能指標(biāo)。探索SERS技術(shù)用于肺癌早期診斷及亞型分型的可行性：收集不同分期、不同亞型的肺癌患者樣本以及健康人群樣本，運(yùn)用建立的SERS檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)分析，結(jié)合生物信息學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，挖掘SERS光譜中的特征信息，構(gòu)建肺癌早期診斷和亞型分型的判別模型。通過(guò)對(duì)大量樣本的驗(yàn)證，評(píng)估該模型在肺癌早期診斷和亞型分型中的應(yīng)用價(jià)值，為肺癌的早期精準(zhǔn)診斷提供新的策略和方法。初步評(píng)估SERS納米探針的生物安全性：在細(xì)胞水平和動(dòng)物模型上，對(duì)所制備的SERS納米探針進(jìn)行生物安全性評(píng)估。研究納米探針在生物體內(nèi)的分布、代謝、排泄情況，以及對(duì)機(jī)體組織、器官和細(xì)胞的潛在毒性作用，為其后續(xù)的臨床應(yīng)用提供生物安全性數(shù)據(jù)支持。為實(shí)現(xiàn)上述研究目的，本研究擬采用以下研究方法：文獻(xiàn)研究法：全面收集、整理和分析國(guó)內(nèi)外關(guān)于SERS納米探針技術(shù)、肺癌診斷以及相關(guān)領(lǐng)域的研究文獻(xiàn)，了解該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)和存在的問(wèn)題，為本研究提供理論基礎(chǔ)和研究思路。通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)的綜合分析，總結(jié)SERS納米探針的設(shè)計(jì)原理、制備方法、性能優(yōu)化策略以及在生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)中的應(yīng)用案例，梳理肺癌的發(fā)病機(jī)制、診斷方法、生物標(biāo)志物研究進(jìn)展等內(nèi)容，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)據(jù)分析提供參考依據(jù)。實(shí)驗(yàn)研究法：通過(guò)化學(xué)合成、物理制備等方法，制備多種類(lèi)型的SERS納米探針，如金納米顆粒、銀納米顆粒、納米復(fù)合材料等，并利用透射電子顯微鏡（TEM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、動(dòng)態(tài)光散射（DLS）、紫外-可見(jiàn)吸收光譜（UV-Vis）等手段對(duì)其形貌、尺寸、結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征。在細(xì)胞水平上，利用肺癌細(xì)胞系和正常細(xì)胞系，研究SERS納米探針對(duì)肺癌細(xì)胞的靶向識(shí)別能力和檢測(cè)性能，優(yōu)化檢測(cè)條件；在動(dòng)物水平上，建立肺癌動(dòng)物模型，通過(guò)尾靜脈注射、瘤內(nèi)注射等方式給予SERS納米探針，利用拉曼成像技術(shù)對(duì)腫瘤部位進(jìn)行成像分析，評(píng)估納米探針在體內(nèi)的靶向性和檢測(cè)效果。對(duì)比研究法：將建立的SERS納米探針?lè)伟┓菢?biāo)記檢測(cè)方法與傳統(tǒng)的肺癌診斷方法（如低劑量螺旋CT、腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)、組織活檢等）進(jìn)行對(duì)比研究。選取相同的肺癌患者和健康對(duì)照樣本，分別采用不同的檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)，比較各方法的靈敏度、特異性、準(zhǔn)確性、檢測(cè)時(shí)間、操作復(fù)雜度、成本等指標(biāo)，評(píng)估SERS納米探針技術(shù)在肺癌診斷中的優(yōu)勢(shì)和不足，明確其在肺癌臨床診斷中的應(yīng)用價(jià)值和適用范圍。數(shù)據(jù)分析法：運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，包括數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計(jì)、顯著性檢驗(yàn)、相關(guān)性分析等，評(píng)估SERS納米探針檢測(cè)方法的可靠性和重復(fù)性，確定肺癌診斷的最佳判別閾值。采用主成分分析（PCA）、偏最小二乘判別分析（PLS-DA）、支持向量機(jī)（SVM）等機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對(duì)SERS光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取和模式識(shí)別，構(gòu)建肺癌早期診斷和亞型分型的預(yù)測(cè)模型，并通過(guò)交叉驗(yàn)證、受試者工作特征曲線（ROC）分析等方法對(duì)模型的性能進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化。二、SERS納米探針技術(shù)概述2.1SERS納米探針技術(shù)原理2.1.1表面增強(qiáng)拉曼散射原理拉曼散射是光與物質(zhì)分子相互作用時(shí)發(fā)生的非彈性散射現(xiàn)象。當(dāng)一束頻率為v_0的單色光照射到樣品分子上，大部分光子與分子發(fā)生彈性碰撞，散射光的頻率與入射光頻率相同，這種散射被稱為瑞利散射；而一小部分光子與分子發(fā)生非彈性碰撞，散射光的頻率與入射光頻率不同，頻率變化值\Deltav對(duì)應(yīng)分子的振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷，這種散射即為拉曼散射。拉曼散射光譜能夠提供分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的特征信息，猶如分子的“指紋”，不同分子具有獨(dú)特的拉曼光譜，通過(guò)分析拉曼光譜可實(shí)現(xiàn)對(duì)分子的定性和定量檢測(cè)。然而，傳統(tǒng)拉曼散射信號(hào)極其微弱，其散射截面通常在10^{-28}-10^{-30}cm^2/mol量級(jí)，這極大地限制了其在痕量檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用。1974年，M.Fleishmann等人首次在電化學(xué)池中經(jīng)過(guò)多次氧化還原反應(yīng)的銀表面，測(cè)量到吸附吡啶分子的拉曼散射線，且信號(hào)強(qiáng)度比常規(guī)拉曼散射增強(qiáng)了約10^6倍，這一發(fā)現(xiàn)開(kāi)啟了表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）研究的新紀(jì)元。后續(xù)研究表明，當(dāng)分子吸附在某些粗糙的金屬（如金、銀、銅等）或半導(dǎo)體材料表面時(shí)，其拉曼散射信號(hào)會(huì)得到極大增強(qiáng)，增強(qiáng)因子可達(dá)10^6-10^{14}，這種現(xiàn)象被稱為表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)。SERS效應(yīng)的增強(qiáng)機(jī)制主要包括電磁增強(qiáng)（EM）和化學(xué)增強(qiáng)（CM）。電磁增強(qiáng)是SERS效應(yīng)的主要貢獻(xiàn)因素，其根源在于金屬納米結(jié)構(gòu)的局域表面等離子體共振（LSPR）特性。當(dāng)金屬納米顆粒受到特定頻率的光照射時(shí)，其表面自由電子會(huì)發(fā)生集體振蕩，形成局域表面等離子體共振，在納米顆粒表面及周?chē)a(chǎn)生強(qiáng)烈的局域電磁場(chǎng)，即“熱點(diǎn)”區(qū)域。處于“熱點(diǎn)”區(qū)域的分子，其拉曼散射信號(hào)被大幅增強(qiáng)，增強(qiáng)倍數(shù)與局域電磁場(chǎng)強(qiáng)度的四次方成正比。納米顆粒的尺寸、形狀、組成以及顆粒間的距離等因素對(duì)LSPR特性和電磁場(chǎng)增強(qiáng)效果有顯著影響。例如，金納米棒具有獨(dú)特的長(zhǎng)徑比，其LSPR峰可通過(guò)調(diào)節(jié)長(zhǎng)徑比在可見(jiàn)光到近紅外區(qū)域進(jìn)行調(diào)控，在長(zhǎng)軸方向上能產(chǎn)生更強(qiáng)的局域電磁場(chǎng)，從而對(duì)吸附分子的SERS信號(hào)增強(qiáng)效果更顯著?；瘜W(xué)增強(qiáng)機(jī)制則源于分子與金屬表面之間的化學(xué)相互作用。一方面，分子與金屬表面形成化學(xué)鍵或電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物，導(dǎo)致分子的電子云分布發(fā)生改變，分子的極化率增加，從而增強(qiáng)拉曼散射信號(hào)，這一過(guò)程被稱為電荷轉(zhuǎn)移增強(qiáng)。另一方面，金屬表面的電子態(tài)與分子的電子態(tài)相互耦合，使得分子的振動(dòng)模式與金屬表面的電子躍遷發(fā)生共振，進(jìn)一步增強(qiáng)拉曼信號(hào)，即共振增強(qiáng)。化學(xué)增強(qiáng)的貢獻(xiàn)相對(duì)較小，增強(qiáng)因子一般在10-100量級(jí)，但它對(duì)SERS信號(hào)的特異性和選擇性有重要影響，能為分子的檢測(cè)提供額外的化學(xué)信息。電磁增強(qiáng)和化學(xué)增強(qiáng)并非孤立存在，在實(shí)際的SERS體系中，兩者往往協(xié)同作用，共同實(shí)現(xiàn)對(duì)分子拉曼信號(hào)的大幅增強(qiáng)，為痕量物質(zhì)的高靈敏檢測(cè)提供了有力手段。2.1.2納米探針的工作機(jī)制SERS納米探針是基于SERS技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種新型生物分析工具，它將具有SERS活性的納米材料與具有特異性識(shí)別功能的生物分子相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)生物標(biāo)志物的高靈敏、高特異性檢測(cè)。SERS納米探針的工作機(jī)制主要包括以下幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：納米材料的選擇與制備：作為SERS納米探針的核心組成部分，納米材料的性質(zhì)直接決定了探針的SERS活性和性能。目前，常用于制備SERS納米探針的材料主要有金納米顆粒、銀納米顆粒、納米復(fù)合材料等。金納米顆粒具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、生物相容性和較低的毒性，其表面易于修飾各種生物分子，在生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。銀納米顆粒則具有更高的SERS活性，其增強(qiáng)因子通常比金納米顆粒高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，但銀納米顆粒在空氣中易氧化，穩(wěn)定性相對(duì)較差。為了綜合兩者的優(yōu)勢(shì)，科研人員開(kāi)發(fā)了金銀合金納米顆粒、核殼結(jié)構(gòu)的金銀納米顆粒等納米復(fù)合材料，通過(guò)精確調(diào)控材料的組成和結(jié)構(gòu)，優(yōu)化納米探針的性能。例如，通過(guò)種子介導(dǎo)生長(zhǎng)法制備的金核銀殼納米顆粒，兼具金的穩(wěn)定性和銀的高SERS活性，在肺癌標(biāo)志物檢測(cè)中展現(xiàn)出優(yōu)異的性能。在納米材料的制備過(guò)程中，精確控制其尺寸、形貌和表面性質(zhì)至關(guān)重要。以金納米顆粒為例，不同尺寸的金納米顆粒具有不同的LSPR峰位置和電磁場(chǎng)增強(qiáng)特性，粒徑在50-100nm的金納米顆粒通常具有較強(qiáng)的SERS活性。此外，通過(guò)改變制備方法和反應(yīng)條件，還可制備出球形、棒形、三角形、星形等多種形貌的金納米顆粒，每種形貌的納米顆粒都具有獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)和SERS增強(qiáng)效果。生物分子的修飾與偶聯(lián)：為了賦予SERS納米探針特異性識(shí)別目標(biāo)生物標(biāo)志物的能力，需要將具有特異性識(shí)別功能的生物分子修飾在納米材料表面。常用的生物分子包括抗體、適配體、核酸探針等?？贵w是一種高度特異性的免疫球蛋白，能夠與抗原發(fā)生特異性結(jié)合，具有極高的親和力和特異性。將針對(duì)肺癌相關(guān)生物標(biāo)志物的抗體修飾在SERS納米探針表面，可實(shí)現(xiàn)對(duì)肺癌標(biāo)志物的精準(zhǔn)捕獲和檢測(cè)。適配體是通過(guò)指數(shù)富集配體系統(tǒng)進(jìn)化技術(shù)（SELEX）篩選得到的單鏈DNA或RNA寡核苷酸序列，它能夠與特定的靶分子（如蛋白質(zhì)、小分子、細(xì)胞等）發(fā)生特異性結(jié)合，具有高親和力、高特異性、易于合成和修飾等優(yōu)點(diǎn)。例如，利用適配體修飾的SERS納米探針可特異性識(shí)別肺癌細(xì)胞表面的表皮生長(zhǎng)因子受體（EGFR），實(shí)現(xiàn)對(duì)肺癌細(xì)胞的靈敏檢測(cè)。核酸探針則是一段帶有標(biāo)記的核酸序列，能夠與互補(bǔ)的核酸序列發(fā)生特異性雜交，用于檢測(cè)核酸類(lèi)生物標(biāo)志物，如肺癌相關(guān)的基因突變、mRNA表達(dá)水平等。在生物分子修飾過(guò)程中，需要選擇合適的偶聯(lián)方法，確保生物分子能夠穩(wěn)定、有效地連接到納米材料表面，同時(shí)保持其生物活性和特異性。常用的偶聯(lián)方法包括物理吸附、共價(jià)鍵合、生物素-親和素系統(tǒng)等。物理吸附是最簡(jiǎn)單的偶聯(lián)方法，通過(guò)范德華力、靜電作用等將生物分子吸附在納米材料表面，但這種方法的結(jié)合力較弱，生物分子容易脫落。共價(jià)鍵合則是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)在生物分子和納米材料表面形成共價(jià)鍵，結(jié)合力強(qiáng)，穩(wěn)定性高，但反應(yīng)條件較為復(fù)雜，可能會(huì)影響生物分子的活性。生物素-親和素系統(tǒng)利用生物素與親和素之間的高度特異性和強(qiáng)親和力，實(shí)現(xiàn)生物分子與納米材料的間接偶聯(lián)，具有特異性高、靈敏度高、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。目標(biāo)物的識(shí)別與檢測(cè)：當(dāng)SERS納米探針與含有目標(biāo)生物標(biāo)志物的樣品接觸時(shí)，探針表面的生物分子會(huì)特異性地識(shí)別并結(jié)合目標(biāo)物，形成納米探針-目標(biāo)物復(fù)合物。由于目標(biāo)物被拉近到SERS納米材料的“熱點(diǎn)”區(qū)域，其拉曼散射信號(hào)被大幅增強(qiáng)。通過(guò)檢測(cè)增強(qiáng)后的拉曼光譜，獲取目標(biāo)物的特征拉曼峰信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的定性和定量分析。在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，通常需要對(duì)拉曼光譜進(jìn)行預(yù)處理和數(shù)據(jù)分析，以提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。預(yù)處理步驟包括背景扣除、基線校正、歸一化等，以消除噪聲、雜質(zhì)等因素對(duì)光譜的干擾。數(shù)據(jù)分析則運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對(duì)拉曼光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取、模式識(shí)別和定量分析，建立目標(biāo)物濃度與拉曼信號(hào)強(qiáng)度之間的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的準(zhǔn)確檢測(cè)和定量。例如，采用主成分分析（PCA）、偏最小二乘判別分析（PLS-DA）等方法對(duì)SERS光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理和特征提取，結(jié)合支持向量機(jī)（SVM）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）等機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建分類(lèi)模型，可實(shí)現(xiàn)對(duì)肺癌患者和健康對(duì)照樣本的準(zhǔn)確區(qū)分。2.2SERS納米探針的制備與特性2.2.1制備方法SERS納米探針的制備是實(shí)現(xiàn)其在肺癌非標(biāo)記診斷中應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，制備方法的選擇直接影響納米探針的性能和應(yīng)用效果。目前，常用的制備方法主要包括化學(xué)合成法和物理制備法，每種方法都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和適用場(chǎng)景?；瘜W(xué)合成法是制備SERS納米探針最常用的方法之一，它通過(guò)化學(xué)反應(yīng)精確控制納米材料的組成、尺寸、形貌和表面性質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)納米探針性能的精準(zhǔn)調(diào)控。在金納米顆粒的制備中，經(jīng)典的檸檬酸鈉還原法是將氯金酸（HAuCl?）溶液加熱至沸騰，快速加入檸檬酸鈉溶液，檸檬酸鈉作為還原劑將Au3?還原為Au?，形成金納米顆粒。反應(yīng)過(guò)程中，檸檬酸鈉不僅起到還原作用，還作為穩(wěn)定劑吸附在金納米顆粒表面，防止顆粒團(tuán)聚。通過(guò)調(diào)整氯金酸和檸檬酸鈉的濃度比例以及反應(yīng)溫度、時(shí)間等條件，可以制備出不同粒徑的金納米顆粒，一般來(lái)說(shuō)，增加檸檬酸鈉的用量，制備出的金納米顆粒粒徑會(huì)減小。種子介導(dǎo)生長(zhǎng)法也是一種重要的化學(xué)合成方法，尤其適用于制備具有特定形貌（如納米棒、納米三角等）的納米顆粒。以金納米棒的制備為例，首先通過(guò)化學(xué)還原法制備出小尺寸的金納米種子，然后在含有生長(zhǎng)溶液（如含有氯金酸、銀離子、抗壞血酸等）的體系中，以金納米種子為核心，在表面活性劑（如十六烷基三甲基溴化銨，CTAB）的作用下，金原子在種子表面定向生長(zhǎng)，形成金納米棒。通過(guò)調(diào)節(jié)種子濃度、生長(zhǎng)溶液中各成分的比例以及反應(yīng)時(shí)間等參數(shù)，可以精確控制金納米棒的長(zhǎng)徑比和尺寸分布，進(jìn)而調(diào)控其局域表面等離子體共振特性。研究表明，金納米棒的長(zhǎng)徑比與LSPR峰位置密切相關(guān)，長(zhǎng)徑比越大，LSPR峰越向近紅外區(qū)域移動(dòng)，在長(zhǎng)軸方向上產(chǎn)生的局域電磁場(chǎng)越強(qiáng)，對(duì)SERS信號(hào)的增強(qiáng)效果越顯著?；瘜W(xué)合成法還常用于制備納米復(fù)合材料，如核殼結(jié)構(gòu)的金銀納米顆粒。以制備金核銀殼納米顆粒為例，先制備出金納米顆粒作為核心，然后在其表面通過(guò)化學(xué)還原法生長(zhǎng)一層銀殼。一種常用的方法是在含有金納米顆粒的溶液中加入銀鹽（如硝酸銀）和還原劑（如抗壞血酸），在一定條件下，銀離子被還原并在金納米顆粒表面沉積，形成銀殼。這種核殼結(jié)構(gòu)結(jié)合了金的穩(wěn)定性和銀的高SERS活性，在肺癌標(biāo)志物檢測(cè)中展現(xiàn)出更優(yōu)異的性能。通過(guò)控制銀殼的厚度，可以進(jìn)一步優(yōu)化納米探針的性能，當(dāng)銀殼厚度在一定范圍內(nèi)時(shí)，隨著厚度增加，SERS信號(hào)增強(qiáng)效果更明顯，但當(dāng)銀殼過(guò)厚時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致光吸收增強(qiáng)，散射效率降低，反而不利于SERS信號(hào)的檢測(cè)。物理制備法主要利用物理手段，如蒸發(fā)、濺射、光刻等，制備SERS納米探針。蒸發(fā)法是在高真空環(huán)境下，將金屬材料加熱蒸發(fā)，蒸發(fā)的金屬原子在基底表面冷凝沉積，形成納米顆粒。通過(guò)控制蒸發(fā)速率、基底溫度等條件，可以控制納米顆粒的尺寸和分布。例如，在制備銀納米顆粒時(shí)，將銀靶材加熱蒸發(fā)，在硅基底上沉積形成銀納米顆粒，通過(guò)調(diào)節(jié)蒸發(fā)速率和基底溫度，可以制備出粒徑均勻、分布可控的銀納米顆粒。蒸發(fā)法制備的納米顆粒純度高，結(jié)晶性好，但設(shè)備昂貴，制備過(guò)程復(fù)雜，產(chǎn)量較低。濺射法是利用高能離子束轟擊金屬靶材，使靶材表面的原子濺射出來(lái)，在基底表面沉積形成納米結(jié)構(gòu)。與蒸發(fā)法相比，濺射法可以更精確地控制納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)和組成，能夠制備出高質(zhì)量的納米薄膜和納米顆粒。在制備SERS基底時(shí)，通過(guò)濺射法在基底上沉積一層金屬薄膜，然后利用光刻技術(shù)對(duì)薄膜進(jìn)行圖案化處理，制備出具有特定結(jié)構(gòu)的SERS基底，這種基底在SERS檢測(cè)中具有較高的增強(qiáng)效果和穩(wěn)定性。然而，濺射法同樣存在設(shè)備成本高、制備工藝復(fù)雜等問(wèn)題，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。光刻技術(shù)則是一種高精度的微納加工技術(shù)，常用于制備具有特定圖案和結(jié)構(gòu)的SERS納米探針。例如，利用電子束光刻技術(shù)，可以在基底表面精確地刻寫(xiě)出納米級(jí)別的圖案，如納米孔陣列、納米光柵等。這些圖案化的結(jié)構(gòu)能夠增強(qiáng)局域表面等離子體共振效應(yīng)，提高SERS信號(hào)的增強(qiáng)效果。將光刻技術(shù)與其他制備方法相結(jié)合，如先通過(guò)光刻制備出模板，再利用化學(xué)鍍等方法在模板上沉積金屬，可制備出具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的SERS納米探針。光刻技術(shù)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的納米結(jié)構(gòu)制備，但設(shè)備昂貴，制備過(guò)程耗時(shí)，產(chǎn)量較低，目前主要應(yīng)用于科研領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和高性能納米探針的制備。2.2.2特性分析SERS納米探針作為一種用于肺癌非標(biāo)記診斷的關(guān)鍵工具，其性能特性對(duì)于實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、靈敏的檢測(cè)至關(guān)重要。以下將從高靈敏度、特異性、穩(wěn)定性和生物相容性等多個(gè)方面對(duì)SERS納米探針的特性進(jìn)行深入分析。高靈敏度是SERS納米探針最為突出的特性之一，這主要源于表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)。如前文所述，當(dāng)分子吸附在SERS納米探針表面時(shí)，由于金屬納米結(jié)構(gòu)的局域表面等離子體共振（LSPR）特性，在納米顆粒表面及周?chē)a(chǎn)生強(qiáng)烈的局域電磁場(chǎng)，即“熱點(diǎn)”區(qū)域。處于“熱點(diǎn)”區(qū)域的分子，其拉曼散射信號(hào)被大幅增強(qiáng)，增強(qiáng)因子可達(dá)10?-101?，使得痕量物質(zhì)的檢測(cè)成為可能。在肺癌診斷中，SERS納米探針能夠檢測(cè)到極低濃度的肺癌相關(guān)生物標(biāo)志物，如腫瘤細(xì)胞表面的特異性蛋白、核酸、代謝產(chǎn)物等。例如，中國(guó)科學(xué)院合肥研究院智能所黃青研究員課題組開(kāi)發(fā)的基于表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）的超靈敏生物傳感器，可用于檢測(cè)癌癥轉(zhuǎn)移相關(guān)的程序性死亡配體（PD-L1）生物標(biāo)志物，該方法非常靈敏，可檢測(cè)低至4.31ag/mL的PD-L1，為肺癌的早期檢測(cè)提供了有力手段。特異性是SERS納米探針實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)檢測(cè)的關(guān)鍵。通過(guò)在納米探針表面修飾具有特異性識(shí)別功能的生物分子，如抗體、適配體、核酸探針等，使其能夠特異性地識(shí)別并結(jié)合目標(biāo)生物標(biāo)志物，實(shí)現(xiàn)對(duì)肺癌標(biāo)志物的精準(zhǔn)捕獲和檢測(cè)。將針對(duì)肺癌細(xì)胞表面特定蛋白（如表皮生長(zhǎng)因子受體EGFR）的抗體修飾在SERS納米探針表面，探針能夠特異性地與肺癌細(xì)胞表面的EGFR結(jié)合，而對(duì)其他細(xì)胞或蛋白幾乎無(wú)反應(yīng)。這種高度的特異性有效避免了檢測(cè)過(guò)程中的假陽(yáng)性和假陰性結(jié)果，提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。適配體修飾的SERS納米探針也展現(xiàn)出優(yōu)異的特異性，能夠準(zhǔn)確識(shí)別肺癌細(xì)胞表面的特定標(biāo)志物，為肺癌的精準(zhǔn)診斷提供了保障。穩(wěn)定性是SERS納米探針在實(shí)際應(yīng)用中必須考慮的重要因素。納米探針的穩(wěn)定性包括化學(xué)穩(wěn)定性、光學(xué)穩(wěn)定性和物理穩(wěn)定性等多個(gè)方面?；瘜W(xué)穩(wěn)定性方面，納米探針在復(fù)雜的生物環(huán)境中應(yīng)能保持化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，不發(fā)生氧化、分解等化學(xué)反應(yīng)，從而保證其性能的可靠性。金納米顆粒由于其良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)中應(yīng)用廣泛。光學(xué)穩(wěn)定性要求納米探針的SERS活性在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，不會(huì)因光照、溫度等環(huán)境因素的變化而發(fā)生明顯改變。一些經(jīng)過(guò)特殊表面修飾的SERS納米探針，通過(guò)在納米顆粒表面包覆一層穩(wěn)定的聚合物或無(wú)機(jī)材料，有效提高了其光學(xué)穩(wěn)定性。物理穩(wěn)定性則涉及納米探針在溶液中的分散穩(wěn)定性，避免納米顆粒發(fā)生團(tuán)聚，影響檢測(cè)性能。通過(guò)選擇合適的表面活性劑或穩(wěn)定劑，如在制備金納米顆粒時(shí)使用檸檬酸鈉作為穩(wěn)定劑，可提高納米探針在溶液中的分散穩(wěn)定性。生物相容性是SERS納米探針應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的前提條件。納米探針需要在進(jìn)入生物體后，不對(duì)生物體的正常生理功能產(chǎn)生明顯干擾，不引起免疫反應(yīng)、細(xì)胞毒性等不良反應(yīng)。在材料選擇上，通常選用生物相容性良好的材料，如金、銀等金屬納米材料以及一些生物可降解的聚合物材料。對(duì)納米探針進(jìn)行表面修飾，使其表面帶有親水性基團(tuán)或生物分子，可進(jìn)一步提高其生物相容性。例如，在納米探針表面修飾聚乙二醇（PEG），PEG具有良好的親水性和生物相容性，能夠降低納米探針在生物體內(nèi)的非特異性吸附，減少免疫反應(yīng)的發(fā)生。研究表明，經(jīng)過(guò)PEG修飾的SERS納米探針在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，均表現(xiàn)出良好的生物相容性，對(duì)細(xì)胞和組織的毒性較低。三、肺癌非標(biāo)記診斷的需求與挑戰(zhàn)3.1肺癌的發(fā)病現(xiàn)狀與危害肺癌作為全球范圍內(nèi)最具威脅性的惡性腫瘤之一，其發(fā)病現(xiàn)狀嚴(yán)峻，對(duì)人類(lèi)健康造成了極大危害。近年來(lái)，肺癌的發(fā)病率和死亡率呈現(xiàn)出持續(xù)上升的趨勢(shì)，給全球醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)帶來(lái)了沉重負(fù)擔(dān)。根據(jù)世界衛(wèi)生組織國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)（IARC）發(fā)布的2020年全球癌癥負(fù)擔(dān)數(shù)據(jù)，肺癌在當(dāng)年的新發(fā)病例約為220萬(wàn)，占所有癌癥新發(fā)病例的11.4%，死亡病例約180萬(wàn)，占癌癥死亡病例的18.0%。在我國(guó)，肺癌同樣是發(fā)病率和死亡率最高的癌癥。2016年，我國(guó)肺癌發(fā)病人數(shù)高達(dá)82.8萬(wàn)，因肺癌死亡人數(shù)達(dá)65.7萬(wàn)。肺癌的發(fā)病率和死亡率在男性和女性中均位居前列，在男性中，肺癌發(fā)病率和死亡率均居首位；在女性中，肺癌發(fā)病率僅次于乳腺癌，死亡率則居首位。更為嚴(yán)重的是，肺癌的早期診斷率較低，我國(guó)肺癌早期診斷率僅為19%，約68%的患者在確診時(shí)已處于晚期。早期小肺癌的五年生存率可達(dá)92%，而晚期肺癌患者的五年生存率僅為5.8%，這一巨大的生存差異凸顯了肺癌早期診斷的關(guān)鍵意義。肺癌對(duì)人體健康的危害是多方面的。在生理層面，肺癌細(xì)胞會(huì)在肺部不斷增殖，破壞肺部正常的組織結(jié)構(gòu)和功能，導(dǎo)致呼吸功能受損?；颊叱３霈F(xiàn)咳嗽、咳痰、咯血、胸痛、呼吸困難等癥狀，隨著病情進(jìn)展，這些癥狀會(huì)逐漸加重，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。當(dāng)肺癌發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移時(shí)，還會(huì)侵犯其他重要臟器，如腦、肝、骨等，引發(fā)相應(yīng)的癥狀，如腦轉(zhuǎn)移可導(dǎo)致頭痛、嘔吐、偏癱、癲癇等神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，肝轉(zhuǎn)移可引起黃疸、肝功能異常、肝區(qū)疼痛等，骨轉(zhuǎn)移則會(huì)導(dǎo)致骨痛、病理性骨折等，進(jìn)一步危及患者生命。肺癌不僅給患者帶來(lái)身體上的痛苦，還對(duì)患者的心理和社會(huì)生活產(chǎn)生負(fù)面影響。癌癥的診斷往往給患者帶來(lái)沉重的心理負(fù)擔(dān)，使其產(chǎn)生焦慮、抑郁、恐懼等不良情緒，影響患者的心理健康和治療依從性。此外，肺癌的治療通常需要耗費(fèi)大量的醫(yī)療資源和費(fèi)用，給患者家庭帶來(lái)沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，甚至可能導(dǎo)致家庭經(jīng)濟(jì)陷入困境?；颊咴诨疾∑陂g還可能面臨工作中斷、社交活動(dòng)減少等問(wèn)題，對(duì)其社會(huì)角色和人際關(guān)系造成沖擊。肺癌的高發(fā)病率和死亡率不僅對(duì)患者個(gè)體及其家庭造成了巨大影響，也給社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了負(fù)面影響，因此，迫切需要開(kāi)發(fā)更加有效的肺癌早期診斷方法，以降低肺癌的死亡率，改善患者的預(yù)后和生活質(zhì)量。3.2傳統(tǒng)肺癌診斷方法的局限性肺癌作為嚴(yán)重威脅人類(lèi)健康的重大疾病，早期準(zhǔn)確診斷對(duì)于提高患者生存率和改善預(yù)后至關(guān)重要。然而，目前臨床常用的傳統(tǒng)肺癌診斷方法，如手術(shù)活檢、影像學(xué)檢查和腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)等，雖在肺癌診斷中發(fā)揮著重要作用，但各自存在一定的局限性。手術(shù)活檢，包括手術(shù)切除活檢和穿刺活檢，被視為肺癌診斷的“金標(biāo)準(zhǔn)”，能夠直接獲取病變組織進(jìn)行病理分析，明確腫瘤的病理類(lèi)型、分化程度等關(guān)鍵信息，為后續(xù)治療方案的制定提供重要依據(jù)。手術(shù)活檢屬于侵入性操作，會(huì)給患者帶來(lái)較大的生理痛苦和心理負(fù)擔(dān)。手術(shù)切除活檢通常需要進(jìn)行開(kāi)胸手術(shù)，創(chuàng)傷大，恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，術(shù)后并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)較高，如出血、感染、氣胸、肺不張等，嚴(yán)重時(shí)甚至可能危及患者生命。穿刺活檢雖然創(chuàng)傷相對(duì)較小，但仍存在一定風(fēng)險(xiǎn)，如穿刺過(guò)程中可能損傷周?chē)难?、神?jīng)、臟器等，導(dǎo)致出血、氣胸、咯血等并發(fā)癥。穿刺活檢獲取的組織樣本量有限，若取材部位不準(zhǔn)確，可能無(wú)法取到病變組織，出現(xiàn)假陰性結(jié)果，影響診斷的準(zhǔn)確性。對(duì)于一些位置特殊、難以觸及的腫瘤，如靠近大血管、縱隔等部位的腫瘤，手術(shù)活檢的難度和風(fēng)險(xiǎn)更大，甚至可能無(wú)法進(jìn)行。影像學(xué)檢查是肺癌診斷的重要手段之一，常用的包括低劑量螺旋CT、X線、MRI等。低劑量螺旋CT能夠發(fā)現(xiàn)早期肺癌，特別是對(duì)于小于1cm的肺部小結(jié)節(jié)具有較高的檢出率，已成為肺癌篩查的主要方法。低劑量螺旋CT存在一定的假陽(yáng)性和假陰性率。由于肺部小結(jié)節(jié)的性質(zhì)多樣，包括良性結(jié)節(jié)（如炎性結(jié)節(jié)、結(jié)核結(jié)節(jié)等）和惡性結(jié)節(jié)，僅通過(guò)CT影像特征有時(shí)難以準(zhǔn)確判斷結(jié)節(jié)的良惡性，導(dǎo)致部分良性結(jié)節(jié)被誤診為肺癌，引發(fā)患者不必要的恐慌和過(guò)度治療；同時(shí)，也可能遺漏一些早期肺癌，造成假陰性結(jié)果。低劑量螺旋CT檢查存在輻射暴露風(fēng)險(xiǎn)，長(zhǎng)期或頻繁接受檢查可能增加患癌風(fēng)險(xiǎn)，特別是對(duì)于一些敏感人群，如兒童、孕婦等，輻射危害更為明顯。X線檢查操作簡(jiǎn)便、成本低，但對(duì)早期肺癌的診斷靈敏度較低，容易漏診較小的病變，目前已逐漸被低劑量螺旋CT取代。MRI對(duì)軟組織的分辨力較高，在評(píng)估肺癌對(duì)縱隔、胸壁等周?chē)M織的侵犯情況方面有一定優(yōu)勢(shì)，但對(duì)于肺部病變的整體顯示效果不如CT，且檢查時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用高，對(duì)患者的配合度要求也較高。腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)是一種相對(duì)簡(jiǎn)便、微創(chuàng)的肺癌診斷方法，通過(guò)檢測(cè)血液、痰液、胸水等生物樣本中腫瘤標(biāo)志物的含量，輔助肺癌的診斷和病情監(jiān)測(cè)。目前常用的肺癌腫瘤標(biāo)志物包括癌胚抗原（CEA）、細(xì)胞角蛋白19片段（Cyfra21-1）、神經(jīng)元特異性烯醇化酶（NSE）等。這些腫瘤標(biāo)志物的靈敏度和特異性有待提高，單一腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)難以滿足臨床需求，其在肺癌早期診斷中的價(jià)值有限，因?yàn)樵谝恍┝夹约膊。ㄈ绶窝住⒙宰枞苑渭膊〉龋┖头悄[瘤性疾病中，腫瘤標(biāo)志物也可能出現(xiàn)升高，導(dǎo)致假陽(yáng)性結(jié)果。雖然聯(lián)合檢測(cè)多種腫瘤標(biāo)志物可在一定程度上提高診斷的準(zhǔn)確性，但不同標(biāo)志物之間的組合和診斷閾值尚未統(tǒng)一，且聯(lián)合檢測(cè)的成本較高，限制了其廣泛應(yīng)用。腫瘤標(biāo)志物的水平還可能受到多種因素的影響，如患者的生理狀態(tài)、檢測(cè)方法、試劑質(zhì)量等，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性和重復(fù)性較差。傳統(tǒng)肺癌診斷方法存在各自的局限性，難以滿足臨床對(duì)肺癌早期、準(zhǔn)確診斷的需求，迫切需要開(kāi)發(fā)新的診斷技術(shù)來(lái)彌補(bǔ)這些不足，提高肺癌的診斷水平。3.3非標(biāo)記診斷的優(yōu)勢(shì)與意義肺癌的早期準(zhǔn)確診斷對(duì)于患者的治療和預(yù)后至關(guān)重要，非標(biāo)記診斷作為一種新興的診斷策略，在肺癌診斷領(lǐng)域展現(xiàn)出諸多顯著優(yōu)勢(shì)，具有重要的臨床意義和應(yīng)用價(jià)值。非標(biāo)記診斷最大的優(yōu)勢(shì)之一在于其對(duì)患者創(chuàng)傷極小甚至無(wú)創(chuàng)傷。傳統(tǒng)的肺癌診斷方法，如手術(shù)活檢和穿刺活檢，屬于侵入性操作，會(huì)給患者帶來(lái)較大的生理痛苦和心理負(fù)擔(dān)，且存在引發(fā)并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)。手術(shù)切除活檢需要開(kāi)胸手術(shù)，創(chuàng)傷大，恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，術(shù)后可能出現(xiàn)出血、感染、氣胸等并發(fā)癥；穿刺活檢雖創(chuàng)傷相對(duì)較小，但仍可能導(dǎo)致出血、氣胸、咯血等問(wèn)題。相比之下，非標(biāo)記診斷方法，如基于SERS納米探針技術(shù)檢測(cè)血液、痰液、呼氣冷凝液等生物樣本，無(wú)需對(duì)患者進(jìn)行組織穿刺或手術(shù)，極大地減少了患者的痛苦和風(fēng)險(xiǎn)，提高了患者的接受度。這種無(wú)創(chuàng)或微創(chuàng)的檢測(cè)方式，尤其適用于身體狀況較差、無(wú)法耐受侵入性檢查的患者，為他們提供了更多的診斷選擇。非標(biāo)記診斷在檢測(cè)效率方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的肺癌診斷流程往往較為繁瑣，從樣本采集到最終診斷結(jié)果的出具，需要耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間。例如，組織活檢后需要進(jìn)行病理切片制作、染色、顯微鏡觀察等多個(gè)步驟，整個(gè)過(guò)程可能需要數(shù)天甚至更長(zhǎng)時(shí)間。而基于SERS納米探針技術(shù)的非標(biāo)記診斷方法，檢測(cè)過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單、快速。SERS納米探針能夠快速與目標(biāo)生物標(biāo)志物結(jié)合，通過(guò)拉曼光譜檢測(cè)，可在短時(shí)間內(nèi)獲得檢測(cè)結(jié)果。一些研究報(bào)道顯示，利用SERS納米探針檢測(cè)肺癌相關(guān)標(biāo)志物，整個(gè)檢測(cè)過(guò)程可在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成，大大縮短了診斷周期，有助于患者及時(shí)得到診斷和治療，避免病情延誤。非標(biāo)記診斷還具有高靈敏度和高特異性的特點(diǎn)，能夠有效提高肺癌的診斷準(zhǔn)確性。SERS納米探針技術(shù)基于表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)，能夠檢測(cè)到極低濃度的肺癌相關(guān)生物標(biāo)志物，如腫瘤細(xì)胞表面的特異性蛋白、核酸、代謝產(chǎn)物等。其高靈敏度使得在肺癌早期，當(dāng)生物標(biāo)志物含量極低時(shí)，也能夠被準(zhǔn)確檢測(cè)到，為肺癌的早期診斷提供了可能。通過(guò)在納米探針表面修飾具有特異性識(shí)別功能的生物分子，如抗體、適配體等，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)目標(biāo)生物標(biāo)志物的精準(zhǔn)識(shí)別和檢測(cè)，有效避免了檢測(cè)過(guò)程中的假陽(yáng)性和假陰性結(jié)果，提高了診斷的特異性和準(zhǔn)確性。福建師范大學(xué)馮尚源教授、王靜研究員團(tuán)隊(duì)提出的基于無(wú)生物干擾、目標(biāo)觸發(fā)的核心-衛(wèi)星納米復(fù)合材料的超靈敏表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）技術(shù)，用于檢測(cè)與肺癌相關(guān)的血漿miRNA-21，檢測(cè)極限達(dá)到0.1fM，線性檢測(cè)范圍為1fM-10nM，比常規(guī)PCR檢測(cè)方法更靈敏且線性范圍更廣。非標(biāo)記診斷在肺癌診斷中的應(yīng)用還具有重要的臨床意義和社會(huì)價(jià)值。早期準(zhǔn)確診斷肺癌，能夠?yàn)榛颊郀?zhēng)取更多的治療時(shí)間和更好的治療效果，提高患者的生存率和生活質(zhì)量。通過(guò)及時(shí)發(fā)現(xiàn)肺癌，患者可以在疾病早期接受手術(shù)、放療、化療等綜合治療，提高治愈率，降低死亡率。非標(biāo)記診斷方法的推廣應(yīng)用，有助于減輕醫(yī)療資源的負(fù)擔(dān)，降低醫(yī)療成本。傳統(tǒng)的侵入性診斷方法不僅給患者帶來(lái)痛苦，還需要消耗大量的醫(yī)療資源，包括人力、物力和財(cái)力。非標(biāo)記診斷方法的無(wú)創(chuàng)或微創(chuàng)性，以及檢測(cè)效率高的特點(diǎn)，能夠減少不必要的醫(yī)療檢查和治療，降低醫(yī)療成本，同時(shí)也提高了醫(yī)療資源的利用效率。非標(biāo)記診斷對(duì)于肺癌的早期篩查和大規(guī)模人群的健康監(jiān)測(cè)具有重要意義，有望在肺癌防治工作中發(fā)揮重要作用，為降低肺癌的發(fā)病率和死亡率做出貢獻(xiàn)。四、SERS納米探針技術(shù)在肺癌非標(biāo)記診斷中的應(yīng)用案例分析4.1案例一：基于氧化銀SERS納米探針的肺癌循環(huán)腫瘤細(xì)胞檢測(cè)肺癌的轉(zhuǎn)移是導(dǎo)致患者預(yù)后不良的關(guān)鍵因素，而循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CirculatingTumorCells，CTCs）作為腫瘤轉(zhuǎn)移的“種子”，在肺癌的轉(zhuǎn)移過(guò)程中扮演著重要角色。CTCs是指從原發(fā)腫瘤或轉(zhuǎn)移腫瘤脫落，進(jìn)入血液循環(huán)系統(tǒng)的腫瘤細(xì)胞，它們能夠隨著血流到達(dá)身體其他部位，形成新的轉(zhuǎn)移灶。研究表明，肺癌患者外周血中CTCs的存在與腫瘤的轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)及預(yù)后密切相關(guān)，因此，準(zhǔn)確檢測(cè)CTCs對(duì)于肺癌的早期診斷、療效評(píng)估和預(yù)后判斷具有重要意義。中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所納米生物材料團(tuán)隊(duì)在基于氧化銀SERS納米探針的肺癌循環(huán)腫瘤細(xì)胞檢測(cè)方面取得了顯著成果。該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的半導(dǎo)體氧化銀SERS納米生物探針，具有良好的生物相容性、選擇性增強(qiáng)特性和光譜穩(wěn)定性。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，研究人員首先利用淋巴細(xì)胞分離液對(duì)外周血樣中的血細(xì)胞進(jìn)行分離，有效排除了紅細(xì)胞和白細(xì)胞對(duì)SERS檢測(cè)的干擾。紅細(xì)胞在血液中數(shù)量眾多，其自身的拉曼信號(hào)會(huì)對(duì)目標(biāo)檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，白細(xì)胞的存在也可能影響納米探針與CTCs的特異性結(jié)合。通過(guò)淋巴細(xì)胞分離液的密度梯度離心作用，能夠?qū)⒀褐械牟煌煞址謱?，從而去除紅細(xì)胞和白細(xì)胞，富集含有CTCs的細(xì)胞層。接著，研究人員采用葉酸修飾的SERS生物探針靶向識(shí)別血樣中的腫瘤細(xì)胞。葉酸是一種對(duì)腫瘤細(xì)胞具有高度親和力的小分子，許多腫瘤細(xì)胞表面過(guò)度表達(dá)葉酸受體。將葉酸修飾在SERS納米探針表面，能夠使探針特異性地結(jié)合到肺癌CTCs表面的葉酸受體上，實(shí)現(xiàn)對(duì)CTCs的精準(zhǔn)捕獲。這種靶向識(shí)別機(jī)制大大提高了檢測(cè)的特異性，減少了非特異性結(jié)合導(dǎo)致的假陽(yáng)性結(jié)果。在實(shí)際檢測(cè)中，研究人員將修飾后的納米探針與富集后的細(xì)胞樣本混合孵育，納米探針能夠迅速與CTCs結(jié)合，形成穩(wěn)定的復(fù)合物。利用拉曼光譜技術(shù)對(duì)結(jié)合了納米探針的CTCs進(jìn)行檢測(cè)，由于氧化銀納米材料的表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)，CTCs表面的分子拉曼信號(hào)被大幅增強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)了外周血樣中單個(gè)循環(huán)腫瘤細(xì)胞的原位精準(zhǔn)檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法具有高靈敏度和高準(zhǔn)確性，能夠檢測(cè)到極低濃度的CTCs。研究團(tuán)隊(duì)對(duì)肺癌患者外周血樣進(jìn)行了有效準(zhǔn)確檢測(cè)，結(jié)果證明了Ag2O基SERS生物探針具有優(yōu)異的臨床應(yīng)用前景。該團(tuán)隊(duì)已完成180例不同癌種臨床樣本有效檢測(cè)，其中包括肺癌樣本，檢測(cè)靈敏度可以達(dá)到單細(xì)胞水平，檢測(cè)準(zhǔn)確度可達(dá)90%以上。在與傳統(tǒng)的肺癌循環(huán)腫瘤細(xì)胞檢測(cè)方法對(duì)比中，基于氧化銀SERS納米探針的檢測(cè)方法優(yōu)勢(shì)明顯。傳統(tǒng)的CTCs檢測(cè)方法如基于形態(tài)學(xué)的分離法，雖然能夠分離出形態(tài)完整的CTCs，但其靈敏度較低，容易受到外周血中大分子細(xì)胞的干擾，部分體積較小的CTCs也容易被漏檢。基于分子標(biāo)志物的檢測(cè)方法，雖然具有一定的特異性，但存在檢測(cè)靈敏度有限、標(biāo)志物選擇有限等問(wèn)題。而基于氧化銀SERS納米探針的檢測(cè)方法，不僅具有高靈敏度，能夠?qū)崿F(xiàn)單細(xì)胞水平的檢測(cè)，而且特異性強(qiáng)，能夠精準(zhǔn)識(shí)別肺癌CTCs，有效避免了假陽(yáng)性和假陰性結(jié)果。該方法操作相對(duì)簡(jiǎn)便，檢測(cè)時(shí)間較短，有望為肺癌的臨床診斷和病情監(jiān)測(cè)提供一種快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)手段。4.2案例二：等離子體三聚體SERS探針用于肺部腫瘤亞型分型肺癌作為一種復(fù)雜的惡性腫瘤，包含多種亞型，其中腺癌（adenocarcinoma，ad-ca）和鱗癌（squamouscellcarcinoma，sq-ca）是最常見(jiàn)的兩種非小細(xì)胞肺癌亞型，不同亞型的肺癌在發(fā)病機(jī)制、生物學(xué)行為、治療策略和預(yù)后等方面存在顯著差異。準(zhǔn)確的肺癌亞型分型對(duì)于臨床治療方案的選擇和患者預(yù)后評(píng)估至關(guān)重要。傳統(tǒng)的肺癌亞型診斷主要依賴于組織病理學(xué)檢查，雖然準(zhǔn)確性較高，但存在創(chuàng)傷性大、耗時(shí)久等局限性。因此，開(kāi)發(fā)一種快速、準(zhǔn)確、微創(chuàng)的肺癌亞型分型方法具有重要的臨床意義。東南大學(xué)郝琪團(tuán)隊(duì)于2024年7月12日在《NatureCommunications》上發(fā)表的研究成果，為肺癌亞型分型提供了新的思路和方法。該團(tuán)隊(duì)提出了圖案化的等離子體三聚體，由雙邊側(cè)的一對(duì)等離子體二聚體和位于兩者之間的陷阱粒子組成，用于早期檢測(cè)肺部腫瘤。這種等離子體三聚體的設(shè)計(jì)旨在解決表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）中“熱點(diǎn)”分布不均的問(wèn)題，提高SERS檢測(cè)的靈敏度和可重復(fù)性。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)首先制備了膜厚度為150±10nm、孔徑為80±2nm的多孔陽(yáng)極氧化鋁（AAO）膜，并將其轉(zhuǎn)移到基板上，作為電子束蒸發(fā)的掩模。通過(guò)兩步角度分辨陰影沉積，制備了間隙距離約20nm的二聚體顆粒，通過(guò)精確控制沉積角度，可以連續(xù)調(diào)節(jié)二聚體之間的間隙距離。采用可選的1.5nm厚Al的原子層沉積（ALD）在二聚體表面形成介電層，再通過(guò)磁控濺射進(jìn)一步調(diào)節(jié)AAO孔的直徑。最后，用膠帶剝離AAO膜，露出等離子體三聚體陣列。這種制備方法允許按需建造三聚體結(jié)構(gòu)，二聚體顆粒和陷阱顆粒的材料可以是金屬或氧化物，并且可以通過(guò)原子層沉積工藝進(jìn)一步調(diào)整功能。對(duì)于肺癌患者來(lái)說(shuō)，氧自由基的平衡被破壞，導(dǎo)致癌細(xì)胞膜和細(xì)胞器膜中多不飽和脂肪酸的脂質(zhì)過(guò)氧化，從而額外產(chǎn)生醛和其他揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）。因此，肺癌患者的肺組織中的醛含量可能明顯更高。團(tuán)隊(duì)利用等離子體三聚體的高靈敏度，對(duì)新鮮肺腫瘤組織中的醛分子進(jìn)行SERS分析。他們分析了10例患者的SERS結(jié)果，其中包括6例ad-ca、3例sq-ca和1例良性病例，并將結(jié)果與腫瘤淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移（TNM）分期進(jìn)行比較。研究結(jié)果表明，SERS在區(qū)分不同的肺腫瘤亞型方面表現(xiàn)出較高的敏感性，這表明不同亞型肺癌組織中的醛分子含量存在差異。具體而言，SERS對(duì)ad-ca腫瘤敏感，但對(duì)sq-ca或良性腫瘤不敏感。這一發(fā)現(xiàn)為肺癌的早期診斷和亞型分型提供了重要的依據(jù)，通過(guò)檢測(cè)肺組織中的醛分子含量，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)肺癌亞型的快速、準(zhǔn)確區(qū)分。研究團(tuán)隊(duì)未發(fā)現(xiàn)SERS結(jié)果與相同體積腫瘤組織的原始腫瘤大小或淋巴結(jié)之間存在相關(guān)性。對(duì)于sq-ca患者，SERS診斷適用于所有從IA1到IIB的TNM分期患者。然而，由于樣本量較小，這些結(jié)論還需要進(jìn)一步的研究和驗(yàn)證，未來(lái)需要使用更大的數(shù)據(jù)集進(jìn)行深入研究，以完善這些初步的觀察結(jié)果。等離子體三聚體SERS探針在肺部腫瘤亞型分型方面展現(xiàn)出了巨大的潛力，為肺癌的病理診斷提供了一種新的技術(shù)手段。該技術(shù)具有高靈敏度、可實(shí)現(xiàn)單分子檢測(cè)、對(duì)樣本損傷小等優(yōu)點(diǎn)，有望在肺癌的早期診斷和精準(zhǔn)治療中發(fā)揮重要作用。未來(lái)，隨著研究的不斷深入和技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化，等離子體三聚體SERS探針可能成為肺癌亞型分型的重要工具，為肺癌患者的個(gè)性化治療提供更準(zhǔn)確的指導(dǎo)。4.3案例三：微流控-SERS生物探針在肺癌臨床樣本檢測(cè)中的應(yīng)用肺癌的早期準(zhǔn)確診斷對(duì)于患者的治療和預(yù)后至關(guān)重要，傳統(tǒng)的肺癌診斷方法存在諸多局限性，如侵入性強(qiáng)、檢測(cè)靈敏度低、特異性差等。將微流控技術(shù)與表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）生物探針相結(jié)合，為肺癌臨床樣本檢測(cè)提供了新的策略和方法，展現(xiàn)出巨大的臨床應(yīng)用潛力。中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所納米生物材料團(tuán)隊(duì)與寧波諾丁漢大學(xué)任勇副教授團(tuán)隊(duì)合作，開(kāi)發(fā)出一種新型的基于微篩分離手段和腫瘤靶向特性的黑色氧化鈦（B-TiO?）SERS生物探針，用于循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTC）原位檢測(cè)。在肺癌臨床樣本檢測(cè)中，該團(tuán)隊(duì)先利用微篩芯片對(duì)人體血液樣本中的目標(biāo)細(xì)胞進(jìn)行純化分離。微篩芯片具有精確設(shè)計(jì)的微納結(jié)構(gòu)，其孔徑大小經(jīng)過(guò)精心調(diào)控，能夠依據(jù)細(xì)胞的大小和形態(tài)差異，有效排除大部分血液細(xì)胞的干擾，如紅細(xì)胞、白細(xì)胞等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)肺癌循環(huán)腫瘤細(xì)胞的高效富集。這種基于微流控技術(shù)的細(xì)胞分離方法，相較于傳統(tǒng)的離心、過(guò)濾等方法，具有更高的分離效率和純度，能夠在短時(shí)間內(nèi)處理大量樣本，且對(duì)細(xì)胞的損傷較小，有利于后續(xù)的檢測(cè)分析。團(tuán)隊(duì)利用葉酸修飾的SERS生物探針識(shí)別芯片上捕獲的腫瘤細(xì)胞。葉酸對(duì)腫瘤細(xì)胞具有高度親和力，許多肺癌細(xì)胞表面過(guò)度表達(dá)葉酸受體，葉酸修飾的SERS生物探針能夠特異性地與肺癌細(xì)胞表面的葉酸受體結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)肺癌循環(huán)腫瘤細(xì)胞的精準(zhǔn)識(shí)別和捕獲。當(dāng)SERS生物探針與肺癌循環(huán)腫瘤細(xì)胞結(jié)合后，在激光激發(fā)下，由于B-TiO?納米材料的表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)，腫瘤細(xì)胞表面的分子拉曼信號(hào)被大幅增強(qiáng)。研究人員通過(guò)檢測(cè)增強(qiáng)后的拉曼光譜，能夠獲取腫瘤細(xì)胞的特征拉曼峰信息，從而實(shí)現(xiàn)外周血樣中單個(gè)腫瘤細(xì)胞的篩選和原位檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該微流控-SERS生物探針檢測(cè)方法具有高檢測(cè)靈敏度、特異性和準(zhǔn)確性。在對(duì)肺癌患者臨床樣本的檢測(cè)中，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)到極低濃度的肺癌循環(huán)腫瘤細(xì)胞，有效區(qū)分肺癌患者和健康對(duì)照人群，為肺癌的早期診斷提供了有力支持。與傳統(tǒng)的肺癌循環(huán)腫瘤細(xì)胞檢測(cè)方法相比，微流控-SERS生物探針檢測(cè)方法優(yōu)勢(shì)顯著。傳統(tǒng)的基于形態(tài)學(xué)的檢測(cè)方法，如基于腫瘤細(xì)胞大小的分離法，雖然能夠分離出形態(tài)完整的CTCs，但其靈敏度較低，容易受到外周血中大分子細(xì)胞的干擾，部分體積較小的CTCs也容易被漏檢?；诜肿訕?biāo)志物的檢測(cè)方法，雖然具有一定的特異性，但存在檢測(cè)靈敏度有限、標(biāo)志物選擇有限等問(wèn)題。而微流控-SERS生物探針檢測(cè)方法，結(jié)合了微流控技術(shù)的高效分離和SERS技術(shù)的高靈敏度、高特異性檢測(cè)優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)肺癌循環(huán)腫瘤細(xì)胞的快速、精準(zhǔn)檢測(cè)。該方法操作相對(duì)簡(jiǎn)便，檢測(cè)時(shí)間較短，能夠在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成從樣本采集到檢測(cè)結(jié)果分析的全過(guò)程，為肺癌的臨床診斷和病情監(jiān)測(cè)提供了一種快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)手段。微流控-SERS生物探針在肺癌臨床樣本檢測(cè)中的成功應(yīng)用，為肺癌的早期診斷和病情監(jiān)測(cè)提供了新的技術(shù)手段，具有廣闊的臨床應(yīng)用前景。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷優(yōu)化和完善，該方法有望在肺癌的臨床診斷中得到更廣泛的應(yīng)用，為肺癌患者的早期治療和預(yù)后改善提供有力保障。五、SERS納米探針技術(shù)應(yīng)用效果分析5.1檢測(cè)靈敏度與準(zhǔn)確性評(píng)估在肺癌診斷領(lǐng)域，檢測(cè)靈敏度和準(zhǔn)確性是衡量診斷技術(shù)有效性的關(guān)鍵指標(biāo)。表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）納米探針技術(shù)作為一種新興的肺癌非標(biāo)記診斷方法，在這兩方面展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，與傳統(tǒng)診斷方法相比，具有顯著差異。從檢測(cè)靈敏度來(lái)看，SERS納米探針技術(shù)基于表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)肺癌相關(guān)生物標(biāo)志物的超高靈敏檢測(cè)。如前文所述，當(dāng)分子吸附在SERS納米探針表面的“熱點(diǎn)”區(qū)域時(shí)，其拉曼散射信號(hào)可被大幅增強(qiáng)，增強(qiáng)因子可達(dá)10?-101?，使得痕量物質(zhì)的檢測(cè)成為可能。在肺癌循環(huán)腫瘤細(xì)胞檢測(cè)中，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所納米生物材料團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的半導(dǎo)體氧化銀SERS納米生物探針，能夠檢測(cè)到外周血樣中單個(gè)循環(huán)腫瘤細(xì)胞，檢測(cè)靈敏度達(dá)到單細(xì)胞水平。該團(tuán)隊(duì)已完成180例不同癌種臨床樣本有效檢測(cè)，其中包括肺癌樣本，檢測(cè)準(zhǔn)確度可達(dá)90%以上。相比之下，傳統(tǒng)的基于形態(tài)學(xué)的循環(huán)腫瘤細(xì)胞檢測(cè)方法，靈敏度較低，容易受到外周血中大分子細(xì)胞的干擾，部分體積較小的循環(huán)腫瘤細(xì)胞也容易被漏檢?；诜肿訕?biāo)志物的檢測(cè)方法，雖然具有一定的特異性，但檢測(cè)靈敏度有限，難以檢測(cè)到極低濃度的腫瘤細(xì)胞。在肺癌相關(guān)生物標(biāo)志物檢測(cè)方面，福建師范大學(xué)馮尚源教授、王靜研究員團(tuán)隊(duì)提出的基于無(wú)生物干擾、目標(biāo)觸發(fā)的核心-衛(wèi)星納米復(fù)合材料的超靈敏表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）技術(shù)，用于檢測(cè)與肺癌相關(guān)的血漿miRNA-21，檢測(cè)極限達(dá)到0.1fM，線性檢測(cè)范圍為1fM-10nM。而常規(guī)的PCR檢測(cè)方法，檢測(cè)靈敏度相對(duì)較低，且線性檢測(cè)范圍較窄。SERS納米探針技術(shù)在檢測(cè)肺癌相關(guān)的蛋白質(zhì)、代謝產(chǎn)物等生物標(biāo)志物時(shí)，也表現(xiàn)出極高的靈敏度，能夠檢測(cè)到傳統(tǒng)方法難以檢測(cè)到的低豐度標(biāo)志物，為肺癌的早期診斷提供了有力支持。準(zhǔn)確性方面，SERS納米探針通過(guò)表面修飾具有特異性識(shí)別功能的生物分子，如抗體、適配體等，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)肺癌標(biāo)志物的精準(zhǔn)識(shí)別和檢測(cè)，有效避免了檢測(cè)過(guò)程中的假陽(yáng)性和假陰性結(jié)果，提高了診斷的準(zhǔn)確性。將針對(duì)肺癌細(xì)胞表面特定蛋白（如表皮生長(zhǎng)因子受體EGFR）的抗體修飾在SERS納米探針表面，探針能夠特異性地與肺癌細(xì)胞表面的EGFR結(jié)合，而對(duì)其他細(xì)胞或蛋白幾乎無(wú)反應(yīng)。在肺癌亞型分型研究中，東南大學(xué)郝琪團(tuán)隊(duì)提出的圖案化的等離子體三聚體SERS探針，能夠通過(guò)檢測(cè)肺組織中的醛分子含量，有效區(qū)分腺癌（ad-ca）和鱗癌（sq-ca）等肺癌亞型。研究團(tuán)隊(duì)分析了10例患者的SERS結(jié)果，包括6例ad-ca、3例sq-ca和1例良性病例，結(jié)果表明SERS對(duì)ad-ca腫瘤敏感，但對(duì)sq-ca或良性腫瘤不敏感，為肺癌的準(zhǔn)確亞型分型提供了新的方法。傳統(tǒng)的肺癌亞型診斷主要依賴于組織病理學(xué)檢查，雖然準(zhǔn)確性較高，但存在創(chuàng)傷性大、耗時(shí)久等局限性，且在一些情況下，由于腫瘤組織的異質(zhì)性，病理診斷也可能出現(xiàn)誤診。SERS納米探針技術(shù)在肺癌診斷中的檢測(cè)靈敏度和準(zhǔn)確性方面均優(yōu)于傳統(tǒng)診斷方法。該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)肺癌相關(guān)生物標(biāo)志物的高靈敏、高特異性檢測(cè)，為肺癌的早期診斷和精準(zhǔn)分型提供了有力的技術(shù)手段。然而，目前SERS納米探針技術(shù)在臨床應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)，如納米探針的穩(wěn)定性和重復(fù)性有待進(jìn)一步提高，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)據(jù)分析方法還需完善等，這些問(wèn)題需要在后續(xù)研究中加以解決，以推動(dòng)SERS納米探針技術(shù)在肺癌診斷中的廣泛應(yīng)用。5.2對(duì)肺癌早期診斷的價(jià)值肺癌的早期診斷對(duì)于提高患者生存率和改善預(yù)后具有至關(guān)重要的意義。早期肺癌患者往往癥狀隱匿，傳統(tǒng)檢測(cè)方法由于靈敏度和特異性的限制，難以在疾病早期準(zhǔn)確檢測(cè)到病變。SERS納米探針技術(shù)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在肺癌早期診斷中展現(xiàn)出巨大的價(jià)值。SERS納米探針技術(shù)具有超高的檢測(cè)靈敏度，能夠檢測(cè)到極低濃度的肺癌相關(guān)生物標(biāo)志物，為肺癌的早期診斷提供了可能。在肺癌發(fā)生發(fā)展的早期階段，腫瘤細(xì)胞會(huì)釋放出一些特異性的生物標(biāo)志物，如腫瘤細(xì)胞表面的特定蛋白、核酸、代謝產(chǎn)物等，但這些標(biāo)志物的含量通常極低，傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)難以捕捉到。SERS納米探針基于表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)，能夠?qū)⒛繕?biāo)分子的拉曼散射信號(hào)放大10?-101?倍，使得痕量生物標(biāo)志物的檢測(cè)成為現(xiàn)實(shí)。福建師范大學(xué)馮尚源教授、王靜研究員團(tuán)隊(duì)提出的基于無(wú)生物干擾、目標(biāo)觸發(fā)的核心-衛(wèi)星納米復(fù)合材料的超靈敏表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）技術(shù)，用于檢測(cè)與肺癌相關(guān)的血漿miRNA-21，檢測(cè)極限達(dá)到0.1fM，線性檢測(cè)范圍為1fM-10nM，比常規(guī)PCR檢測(cè)方法更靈敏且線性范圍更廣。這種高靈敏度的檢測(cè)能力，使得在肺癌早期，當(dāng)生物標(biāo)志物含量極微小時(shí)，SERS納米探針也能夠準(zhǔn)確檢測(cè)到，從而為肺癌的早期診斷贏得寶貴時(shí)間。SERS納米探針的特異性識(shí)別能力在肺癌早期診斷中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通過(guò)在納米探針表面修飾具有特異性識(shí)別功能的生物分子，如抗體、適配體等，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)肺癌標(biāo)志物的精準(zhǔn)識(shí)別和檢測(cè)。針對(duì)肺癌細(xì)胞表面的表皮生長(zhǎng)因子受體（EGFR），將特異性抗體修飾在SERS納米探針表面，探針能夠精準(zhǔn)地與肺癌細(xì)胞表面的EGFR結(jié)合，而對(duì)其他細(xì)胞或蛋白幾乎無(wú)反應(yīng)。這種高度的特異性有效避免了檢測(cè)過(guò)程中的假陽(yáng)性和假陰性結(jié)果，提高了早期診斷的準(zhǔn)確性。適配體修飾的SERS納米探針也能夠特異性地識(shí)別肺癌細(xì)胞表面的特定標(biāo)志物，為肺癌的早期精準(zhǔn)診斷提供了有力保障。在肺癌早期，準(zhǔn)確的診斷對(duì)于后續(xù)治療方案的選擇至關(guān)重要，SERS納米探針的高特異性能夠確保早期診斷的可靠性，避免因誤診而導(dǎo)致的不必要治療或延誤治療。SERS納米探針技術(shù)還具有對(duì)微小病灶的高敏感性，有助于發(fā)現(xiàn)早期肺癌的微小病變。肺癌在早期階段，腫瘤病灶往往較小，傳統(tǒng)影像學(xué)檢查方法如X線、CT等可能難以準(zhǔn)確檢測(cè)到微小病灶。SERS納米探針技術(shù)可以通過(guò)檢測(cè)肺癌相關(guān)生物標(biāo)志物，間接反映微小病灶的存在。在肺癌循環(huán)腫瘤細(xì)胞檢測(cè)中，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所納米生物材料團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的半導(dǎo)體氧化銀SERS納米生物探針，能夠檢測(cè)到外周血樣中單個(gè)循環(huán)腫瘤細(xì)胞，檢測(cè)靈敏度達(dá)到單細(xì)胞水平。這些循環(huán)腫瘤細(xì)胞可能來(lái)自于肺部的微小腫瘤病灶，通過(guò)檢測(cè)循環(huán)腫瘤細(xì)胞，能夠在肺癌早期發(fā)現(xiàn)潛在的微小病變，為早期治療提供依據(jù)。研究表明，SERS納米探針技術(shù)結(jié)合拉曼成像技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)肺癌組織或細(xì)胞的可視化分析，進(jìn)一步提高對(duì)微小病灶的檢測(cè)能力。通過(guò)對(duì)肺癌組織切片進(jìn)行拉曼成像，能夠清晰地顯示出微小腫瘤區(qū)域的分布和特征，為肺癌的早期診斷提供更直觀、全面的信息。SERS納米探針技術(shù)在肺癌早期診斷中具有極高的價(jià)值，其高靈敏度、高特異性以及對(duì)微小病灶的高敏感性，為肺癌的早期發(fā)現(xiàn)、準(zhǔn)確診斷提供了新的技術(shù)手段和策略。未來(lái)，隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，有望在肺癌早期診斷中發(fā)揮更大的作用，提高肺癌患者的早期診斷率和生存率。5.3與其他診斷技術(shù)的比較優(yōu)勢(shì)與傳統(tǒng)肺癌診斷技術(shù)相比，SERS納米探針技術(shù)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，為肺癌的早期、精準(zhǔn)診斷提供了新的途徑。在靈敏度方面，SERS納米探針技術(shù)具有明顯優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)，如癌胚抗原（CEA）、細(xì)胞角蛋白19片段（Cyfra21-1）等，其檢測(cè)靈敏度相對(duì)較低，在肺癌早期，當(dāng)腫瘤標(biāo)志物濃度極低時(shí)，往往難以準(zhǔn)確檢測(cè)。研究表明，在肺癌早期，CEA的檢測(cè)靈敏度僅為30%-40%。而SERS納米探針技術(shù)基于表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)，能夠?qū)⒛繕?biāo)分子的拉曼散射信號(hào)放大10?-101?倍，使得痕量生物標(biāo)志物的檢測(cè)成為可能。福建師范大學(xué)馮尚源教授、王靜研究員團(tuán)隊(duì)提出的基于無(wú)生物干擾、目標(biāo)觸發(fā)的核心-衛(wèi)星納米復(fù)合材料的超靈敏表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）技術(shù)，用于檢測(cè)與肺癌相關(guān)的血漿miRNA-21，檢測(cè)極限達(dá)到0.1fM，線性檢測(cè)范圍為1fM-10nM，比常規(guī)PCR檢測(cè)方法更靈敏且線性范圍更廣。特異性上，SERS納米探針技術(shù)也表現(xiàn)出色。傳統(tǒng)影像學(xué)檢查，如低劑量螺旋CT，雖然能夠發(fā)現(xiàn)肺部結(jié)節(jié)，但對(duì)于結(jié)節(jié)的良惡性判斷存在一定困難，假陽(yáng)性率較高。有研究指出，低劑量螺旋CT篩查出的肺部結(jié)節(jié)中，約70%-80%為良性結(jié)節(jié)，導(dǎo)致患者需要接受不必要的進(jìn)一步檢查和治療。SERS納米探針通過(guò)表面修飾具有特異性識(shí)別功能的生物分子，如抗體、適配體等，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)肺癌標(biāo)志物的精準(zhǔn)識(shí)別和檢測(cè)。將針對(duì)肺癌細(xì)胞表面表皮生長(zhǎng)因子受體（EGFR）的抗體修飾在SERS納米探針表面，探針能夠特異性地與肺癌細(xì)胞表面的EGFR結(jié)合，而對(duì)其他細(xì)胞或蛋白幾乎無(wú)反應(yīng)，有效避免了檢測(cè)過(guò)程中的假陽(yáng)性和假陰性結(jié)果，提高了診斷的準(zhǔn)確性。在操作便捷性和對(duì)患者的創(chuàng)傷性方面，SERS納米探針技術(shù)同樣具有優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的組織活檢，包括手術(shù)切除活檢和穿刺活檢，屬于侵入性操作，會(huì)給患者帶來(lái)較大的生理痛苦和心理負(fù)擔(dān)，且存在引發(fā)并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)。手術(shù)切除活檢需要開(kāi)胸手術(shù)，創(chuàng)傷大，恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，術(shù)后可能出現(xiàn)出血、感染、氣胸等并發(fā)癥；穿刺活檢雖創(chuàng)傷相對(duì)較小，但仍可能導(dǎo)致出血、氣胸、咯血等問(wèn)題。而SERS納米探針技術(shù)可以通過(guò)檢測(cè)血液、痰液、呼氣冷凝液等生物樣本，實(shí)現(xiàn)對(duì)肺癌的非標(biāo)記診斷，無(wú)需對(duì)患者進(jìn)行組織穿刺或手術(shù)，極大地減少了患者的痛苦和風(fēng)險(xiǎn)，提高了患者的接受度。檢測(cè)時(shí)間上，SERS納米探針技術(shù)也更具優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的病理診斷流程繁瑣，從樣本采集到最終診斷結(jié)果的出具，需要耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間。組織活檢后需要進(jìn)行病理切片制作、染色、顯微鏡觀察等多個(gè)步驟，整個(gè)過(guò)程可能需要數(shù)天甚至更長(zhǎng)時(shí)間。而基于SERS納米探針技術(shù)的檢測(cè)方法，檢測(cè)過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單、快速，能夠在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成從樣本采集到檢測(cè)結(jié)果分析的全過(guò)程，有助于患者及時(shí)得到診斷和治療，避免病情延誤。SERS納米探針技術(shù)在靈敏度、特異性、操作便捷性、創(chuàng)傷性和檢測(cè)時(shí)間等方面，相較于傳統(tǒng)肺癌診斷技術(shù)具有顯著優(yōu)勢(shì)，為肺癌的早期、精準(zhǔn)診斷提供了有力的技術(shù)支持。隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，有望在肺癌臨床診斷中發(fā)揮更大的作用，提高肺癌患者的生存率和生活質(zhì)量。六、SERS納米探針技術(shù)應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)與解決方案6.1技術(shù)層面的挑戰(zhàn)在技術(shù)層面，SERS納米探針技術(shù)用于肺癌非標(biāo)記診斷面臨著諸多挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)限制了其從實(shí)驗(yàn)室研究向臨床實(shí)際應(yīng)用的轉(zhuǎn)化進(jìn)程。電磁場(chǎng)異質(zhì)性是SERS納米探針技術(shù)面臨的關(guān)鍵問(wèn)題之一。SERS效應(yīng)依賴于金屬納米結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生的局域強(qiáng)電磁場(chǎng)，即“熱點(diǎn)”區(qū)域?qū)Ψ肿永盘?hào)的增強(qiáng)。在實(shí)際的納米探針體系中，電磁場(chǎng)分布存在嚴(yán)重的異質(zhì)性。以金納米顆粒聚集體為例，雖然顆粒間的間隙能夠形成“熱點(diǎn)”，但這些“熱點(diǎn)”的位置和強(qiáng)度在不同的聚集體中差異較大。這是因?yàn)榧{米顆粒的團(tuán)聚狀態(tài)難以精確控制，團(tuán)聚過(guò)程具有隨機(jī)性，導(dǎo)致顆粒間的距離和相對(duì)位置不一致。當(dāng)使用這種金納米顆粒聚集體作為SERS納米探針時(shí)，不同位置的“熱點(diǎn)”對(duì)肺癌相關(guān)生物標(biāo)志物分子的拉曼信號(hào)增強(qiáng)效果不同，從而使得檢測(cè)信號(hào)不穩(wěn)定，重復(fù)性差。在對(duì)肺癌細(xì)胞表面特定蛋白進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，由于電磁場(chǎng)異質(zhì)性，同一批次制備的納米探針在不同檢測(cè)位點(diǎn)得到的拉曼信號(hào)強(qiáng)度波動(dòng)較大，難以準(zhǔn)確判斷蛋白的含量和分布情況，影響了檢測(cè)結(jié)果的可靠性。探針?lè)€(wěn)定性和重復(fù)性問(wèn)題也不容忽視。SERS納米探針的穩(wěn)定性包括化學(xué)穩(wěn)定性、光學(xué)穩(wěn)定性和物理穩(wěn)定性。在化學(xué)穩(wěn)定性方面，納米探針在復(fù)雜的生物環(huán)境中可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)和性能改變。銀納米探針在生物體系中容易被氧化，表面形成氧化層，這不僅會(huì)影響納米探針的SERS活性，還可能改變其表面性質(zhì)，影響與生物標(biāo)志物的特異性結(jié)合。光學(xué)穩(wěn)定性方面，一些納米探針在光照條件下，其SERS信號(hào)會(huì)隨著時(shí)間逐漸減弱。金納米棒在激光照射下，可能會(huì)發(fā)生光熱效應(yīng)，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)變形，從而使局域表面等離子體共振特性發(fā)生改變，SERS信號(hào)不穩(wěn)定。物理穩(wěn)定性上，納米探針在溶液中容易發(fā)生團(tuán)聚，尤其是在高鹽、高濃度生物分子等復(fù)雜環(huán)境下。納米探針的團(tuán)聚改變了其粒徑分布和表面性質(zhì)，使得“熱點(diǎn)”分布發(fā)生變化，進(jìn)而影響檢測(cè)的重復(fù)性。不同批次制備的納米探針，由于制備過(guò)程中的微小差異，如反應(yīng)溫度、試劑純度等因素的波動(dòng)，也會(huì)導(dǎo)致探針性能不一致，進(jìn)一步降低了檢測(cè)的重復(fù)性。檢測(cè)信號(hào)的解析與數(shù)據(jù)分析是SERS納米探針技術(shù)應(yīng)用中的又一難題。SERS光譜包含了豐富的分子結(jié)構(gòu)信息，但對(duì)于復(fù)雜的生物樣品，如肺癌患者的血液、痰液等，其SERS光譜往往受到多種因素的干擾，包括生物分子的背景信號(hào)、雜質(zhì)信號(hào)以及儀器噪聲等。從這些復(fù)雜的光譜中準(zhǔn)確解析出肺癌相關(guān)生物標(biāo)志物的特征峰，并進(jìn)行定量分析是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。目前，對(duì)于SERS光譜的分析主要依賴于人工經(jīng)驗(yàn)和參考標(biāo)準(zhǔn)譜圖，這種方法效率低下，主觀性強(qiáng)，且容易出現(xiàn)誤判。在檢測(cè)肺癌相關(guān)的多種代謝產(chǎn)物時(shí)，不同代謝產(chǎn)物的拉曼峰可能相互重疊，難以準(zhǔn)確分辨和定量。由于缺乏高效的數(shù)據(jù)分析算法，難以從大量的SERS光譜數(shù)據(jù)中挖掘出潛在的診斷信息，無(wú)法充分發(fā)揮SERS納米探針技術(shù)在肺癌診斷中的優(yōu)勢(shì)。6.2臨床轉(zhuǎn)化面臨的問(wèn)題在臨床轉(zhuǎn)化層面，SERS納米探針技術(shù)用于肺癌非標(biāo)記診斷同樣面臨著一系列亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。生物安全性是SERS納米探針臨床應(yīng)用的首要考量因素。SERS納米探針通常由金屬納米材料（如金、銀等）和生物分子組成，這些納米材料在進(jìn)入人體后，其生物安全性存在諸多不確定性。納米材料的尺寸、形狀、表面電荷等物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)其生物安全性有顯著影響。尺寸較小的納米顆?？赡芨菀状┻^(guò)生物膜，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，甚至通過(guò)血液循環(huán)到達(dá)全身各個(gè)器官，但其在體內(nèi)的代謝途徑和排泄機(jī)制尚不完全清楚，存在潛在的蓄積風(fēng)險(xiǎn)。表面帶正電荷的納米顆粒容易與帶負(fù)電荷的生物分子（如細(xì)胞膜、蛋白質(zhì)等）發(fā)生非特異性結(jié)合，可能干擾細(xì)胞的正常生理功能，引發(fā)細(xì)胞毒性和免疫反應(yīng)。研究表明，一些未經(jīng)表面修飾的銀納米顆粒在進(jìn)入細(xì)胞后，會(huì)釋放銀離子，破壞細(xì)胞內(nèi)的氧化還原平衡，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。納米探針與生物分子的偶聯(lián)方式也可能影響其生物安全性。某些偶聯(lián)劑或修飾方法可能會(huì)改變納米探針的表面性質(zhì)，增加其在體內(nèi)的免疫原性，引發(fā)免疫反應(yīng)。檢測(cè)成本是限制SERS納米探針技術(shù)臨床廣泛應(yīng)用的重要因素之一。SERS納米探針的制備過(guò)程較為復(fù)雜，涉及多種化學(xué)試劑和精密的制備技術(shù)，這使得其制備成本相對(duì)較高。在制備金納米顆粒時(shí)，常用的氯金酸等原材料價(jià)格昂貴，且制備過(guò)程中需要嚴(yán)格控制反應(yīng)條件，如溫度、pH值、反應(yīng)時(shí)間等，這增加了制備的難度和成本。一些高性能的SERS納米探針，如具有特殊形貌或結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料，其制備工藝更為復(fù)雜，需要使用先進(jìn)的儀器設(shè)備和精細(xì)的制備方法，進(jìn)一步提高了制備成本。拉曼光譜檢測(cè)設(shè)備價(jià)格較高，也增加了檢測(cè)成本。目前市場(chǎng)上的拉曼光譜儀，尤其是高分辨率、高性能的儀器，價(jià)格通常在數(shù)十萬(wàn)元甚至上百萬(wàn)元，這對(duì)于一些基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，難以承擔(dān)。此外，檢測(cè)過(guò)程中還需要消耗一定的試劑和耗材，如緩沖液、底物等，也會(huì)增加檢測(cè)的總體成本。標(biāo)準(zhǔn)化和質(zhì)量控制是SERS納米探針技術(shù)臨床轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，SERS納米探針的制備和檢測(cè)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，不同實(shí)驗(yàn)室或研究團(tuán)隊(duì)制備的納米探針在性能上存在較大差異。在納米探針的制備過(guò)程中，由于原材料的來(lái)源、純度不同，制備方法和工藝的差異，導(dǎo)致不同批次制備的納米探針在尺寸、形貌、SERS活性、生物分子修飾量等方面存在不一致性。這種不一致性使得不同實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果難以相互比較和驗(yàn)證，也給臨床應(yīng)用帶來(lái)了困難。在檢測(cè)過(guò)程中，由于缺乏統(tǒng)一的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)范，如樣品處理方法、檢測(cè)條件（激光功率、積分時(shí)間、檢測(cè)波長(zhǎng)等）的不同，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果的重復(fù)性和可靠性較差。缺乏有效的質(zhì)量控制體系，難以對(duì)納米探針的質(zhì)量和檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估和監(jiān)控。這使得SERS納米探針技術(shù)在臨床應(yīng)用中的準(zhǔn)確性和可靠性受到質(zhì)疑，阻礙了其臨床轉(zhuǎn)化進(jìn)程。6.3應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)的策略與展望為了克服SERS納米探針技術(shù)在肺癌非標(biāo)記診斷應(yīng)用中的挑戰(zhàn)，推動(dòng)其從實(shí)驗(yàn)室研究走向臨床實(shí)際應(yīng)用，需要從多個(gè)方面采取有效的應(yīng)對(duì)策略。在技術(shù)層面，針對(duì)電磁場(chǎng)異質(zhì)性問(wèn)題，可通過(guò)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)納米結(jié)構(gòu)來(lái)解決。利用先進(jìn)的納米制造技術(shù)，如電子束光刻、聚焦離子束刻寫(xiě)等，精確控制納米顆粒的尺寸、形狀、間距以及排列方式，從而實(shí)現(xiàn)電磁場(chǎng)的均勻分布。通過(guò)電子束光刻技術(shù)制備具有規(guī)則排列的金納米顆粒陣列，精確控制顆粒間的間距在“熱點(diǎn)”形成的最佳范圍內(nèi)，使電磁場(chǎng)分布更加均勻，提高SERS信號(hào)的穩(wěn)定性和重復(fù)性。開(kāi)發(fā)新型的納米結(jié)構(gòu)，如核殼結(jié)構(gòu)、多孔結(jié)構(gòu)、復(fù)合結(jié)構(gòu)等，也有助于優(yōu)化電磁場(chǎng)分布。核殼結(jié)構(gòu)的納米顆粒，通過(guò)在核心材料表面包覆一層具有特定光學(xué)性質(zhì)的殼層材料，可調(diào)節(jié)納米顆粒的局域表面等離子體共振特性，改善電磁場(chǎng)分布。為提升探針?lè)€(wěn)定性和重復(fù)性，需在材料選擇和表面修飾方面進(jìn)行優(yōu)化。在材料選擇上，優(yōu)先選用化學(xué)穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)的納米材料，如經(jīng)過(guò)特殊處理的金納米材料，其抗氧化性能得到增強(qiáng)，在生物環(huán)境中能保持結(jié)構(gòu)和性能的穩(wěn)定。對(duì)納米探針進(jìn)行表面修飾，通過(guò)在納米顆粒表面包覆一層穩(wěn)定的聚合物或無(wú)機(jī)材料，如聚乙二醇（PEG）、二氧化硅（SiO?）等，提高其化學(xué)穩(wěn)定性和抗團(tuán)聚能力。PEG具有良好的親水性和生物相容性，能夠降低納米探針在生物體內(nèi)的非特異性吸附，減少免疫反應(yīng)的發(fā)生，同時(shí)增強(qiáng)納米探針在溶液中的分散穩(wěn)定性。建立標(biāo)準(zhǔn)化的制備流程，嚴(yán)格控制制備過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)，如反應(yīng)溫度、時(shí)間、試劑濃度等，確保不同批次制備的納米探針性能一致。采用質(zhì)量控制手段，對(duì)制備的納米探針進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè)，如通過(guò)透射電子顯微鏡（TEM）、動(dòng)態(tài)光散射（DLS）等技術(shù)對(duì)納米探針的形貌、尺寸、分散性進(jìn)行表征，保證納米探針的質(zhì)量符合要求。在檢測(cè)信號(hào)解析與數(shù)據(jù)分析方面，需要開(kāi)發(fā)先進(jìn)的算法和數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)，建立高效的SERS光譜分析模型。利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）等深度學(xué)習(xí)算法，對(duì)大量的SERS光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練和學(xué)習(xí)，讓模型自動(dòng)提取光譜特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)肺癌相關(guān)生物標(biāo)志物的準(zhǔn)確識(shí)別和定量分析。開(kāi)發(fā)智能數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)光譜數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、處理、分析和診斷結(jié)果的快速輸出。該平臺(tái)可集成多種數(shù)據(jù)分析算法和診斷模型，根據(jù)不同的檢測(cè)需求和樣本類(lèi)型，選擇合適的算法和模型進(jìn)行分析，提高檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性。建立SERS光譜數(shù)據(jù)庫(kù)，收集不同肺癌亞型、不同分期以及不同生物標(biāo)志物的SERS光譜數(shù)據(jù)，為光譜分析和診斷提供參考依據(jù)。在臨床轉(zhuǎn)化方面，解決生物安全性問(wèn)題至關(guān)重要。深入開(kāi)展納米探針的生物安全性研究，全面評(píng)估納米探針在體內(nèi)的代謝途徑、排泄機(jī)制以及對(duì)機(jī)體組織、器官和細(xì)胞的潛在毒性作用。通過(guò)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)等多種實(shí)驗(yàn)手段，研究納米探針與生物分子的相互作用機(jī)制，明確其對(duì)細(xì)胞生