前景可瞻 拉曼光谱在生物医药领域的应用“极具诱惑”——第二十二届全国光散射学术会议报告集锦

  本次会议中多位专家分享了拉曼光谱技术在生物医药领域的最新研究进展，包括血糖检测等生化分析，疾病检测及诊断、细胞拉曼光谱分析与成像等，诸多研究方向致力于解决实际问题，给与会代表很多启发和期待。

  2023年9月23日，由中国物理学会光散射专业委员会主办、河南大学承办、陕西师范大学协办的第二十二届全国光散射学术会议在河南开封开幕。此次会议邀请了国内外光散射，和相关光谱原理和技术领域的诸多知名专家学者，一同探讨光散射领域的最新研究成果和发展的新趋势，吸引了近500人注册参会。

  继大会报告之后，组委会设置了物理材料仪器、SERS/TERS、分析医药等三个会场分别进行邀请报告和口头报告，相关的新技术、新仪器、新应用层出不穷。值得一提的是，本次会议中多位专家分享了拉曼光谱技术在生物医药领域的最新研究进展，包括血糖检测等生化分析，药物浓度的检测及药物分子间相互作用的研究，疾病检测及诊断，细胞拉曼光谱分析与成像等，

  鉴于糖尿病的世界流行性及迅猛增长趋势，无创血糖检测是发展的必然趋势，但目前还没有成熟的无创血糖检验测试产品问世，在人类临床使用中仍然面临着巨大的实际性挑战。王卫庆主任在报告中分享到，他们基于偏移空间拉曼技术，研发了多通道微空间偏移拉曼散射（mμSORS）无创血糖检测原理。该技术基于静脉血血糖值，建立基于mμSORS光谱进行无创血糖分析的理论、算法和技术方法。临床试验结果证实，在糖尿病患者的血糖波动范围内，mμSORS能够达到或接近静脉血浆葡萄糖值，同时也显示了该技术应用于临床环境中无创血糖监测的潜力。上海师范大学

  应用》SERS在生化分析中的应用一直是大家关注的热点话题。据杨海峰教授介绍，其课题组基于纳米合成构建了多种 SERS 探针，并在血清中肿瘤标志物唾液酸、肾炎标志物肌酐、癌症标志物多巴胺、尿液中尿路早期细菌感染分子标志物、唾液中葡萄糖和幽门螺杆菌分子标志物等分析中得到很好的应用。不仅如此，杨海峰教授也还展望了下一个氧气时代拉曼光谱极具潜力的应用前景。（2）药物研究/检测

  药物分子之间特定的相互作用既是全方面了解细胞过程和潜在疾病治疗的基础，也是生物传感器检测目标分子的基础。陆峰教授重点介绍了表面增强拉曼光谱法（SERS）及其与生物膜干涉法（BLI）、分子动力学模拟（MD）方法的协同创新，并初步应用于药物-核酸适配体、核酸适配体-重水、生物毒素药物-核酸适配体、siRNA-药物相互作用等研究对象。这几种方法在研究分子间相互作用方面各有所长，有望成为阐明其分子机制的得力工具。哈尔滨医科大学

  表面增强拉曼光谱作为一种快速灵敏的技术方法已经被用于紫杉醇、环磷酰胺以及阿霉素等药物的检测，但复杂的样品制作的步骤和只能针对单一药物进行仔细的检测的增强基底，极大地限制了 SERS 在血药浓度检验测试领域的应用。李洋教授课题组的工作提出了一种基于溴离子和钙离子修饰的银纳米颗粒的检验测试平台，实现了对阿糖胞苷、盐酸阿霉素、柔红霉素、羧苄青霉素、异烟肼和盐酸小檗碱六种药物在血清中的定量识别，达到了皮摩尔级别的检测限。该工作为未来低成本、快速检测血药浓度与联合测定药物浓度提供了新的方向，对个体合理用药和联合用药等具有一定指导意义。（3）疾病诊断

  狂犬病是人类历史上有记载的、最古老的传染病，是由狂犬病毒导致的人畜共患急性传染病。狂犬病病毒具有强大的侵害性，发病后病人十分痛苦，致死率几乎100%。 韩鹤友教授在报告中分享了面向狂犬病毒的纳米诊疗技术探讨研究进展，包括： 狂犬病毒的纳米检测技术，狂犬病毒的纳米治疗技术，狂犬病毒的纳米微针疫苗等。南京医科大学

  在生命分析领域，应急检测一直是至关重要的问题，如人体内毒物的快速检测和疾病的快速诊断。但许多传统分析方法都具有耗时长、对操作人员技术方面的要求高等局限性。曹玥副教授课题组采用纳米等离子体共振散射光谱技术开发了一系列对生命分析领域应急检测的新方法，包括柔性静电纺丝SERS传感器对致病蛋白、呼吸道疾病等的检测，为生命分析领域的精准鉴定提供了新思路和新手段。同时，也说明了纳米等离子体共振散射光谱技术在生命分析领域的应用前景广阔，值得研究人员的关注和探索。（4）细胞/组织分析与成像

  细胞是生命活动的基本单元，对细胞做全面认识、进一步探索及持续探索一直是生物医学研究领域的重要话题。具备高空间分辨、实时、非侵入等优势的激光拉曼光谱用于细胞分析与成像得到了优异的发展，已实现从单一组分到复杂体系中多组分检测；从单一细胞器无标记成像到多细胞器（分子）多色成像等。胡继明教授结合其课题组和其他课题组的工作介绍了采用自发拉曼光谱、共振拉曼光谱、表面增强拉曼光谱、非线性拉曼光谱等在细胞分析中所开展的工作。上海交通大学 叶坚

  活体深层病变的无创定位是临床应用长期追求的目标之一，其重点是对组织中单个病灶的检测和深度估计。目前，光学方法已大范围的应用于生物医学领域中的传感、成像、诊断和术中导航。然而，由于生物组织对光子的高吸收和高散射特性，光学检测或成像的组织穿透深度通常非常有限，极大限制了其对体内深部病灶的生物医学检测。叶坚教授分享了其课题组在活体表面增强深穿透拉曼光谱方面开展的一系列工作。他们合成了具有单颗粒检测灵敏度的近红外表面增强拉曼纳米探针，并自行开发了一套深穿透拉曼光谱系统。利用深穿透拉曼光谱系统，成功证明了通过高达14厘米厚的离体肌肉组织可检测到拉曼纳米探针的信号，以及在MPE条件下对未剃毛小鼠体内的拉曼探针标记的“病灶”进行活体成像，展示了深穿透拉曼光谱技术未来在临床中癌症诊断和无创成像的巨大潜力。华中师范大学

  》拉曼散射光谱提供了化学键的振动能级跃迁信息，被大范围的使用在生物传感和细胞成像。其化学信息丰富、信号稳定，很适合活细胞的多色动态成像。但是，它的灵敏度较低，很难实现低功率激发的活细胞高分辨快速动态成像。高婷娟教授分享了其课题组基于偶氮增强的活细胞高分辨快速动态拉曼成像（DAERI）开展的一系列工作。据介绍，DAERI 突破了细胞经典拉曼探针位于静默区的限制，采用低功率激光和线扫描方式，实现了对活细胞多个细胞器的高分辨快速动态全谱自发拉曼成像。中国科学院微生物研究所

  典型的单细胞拉曼组 200-1800cm-1指纹区域很复杂，有许多重叠的谱带组成，将拉曼光谱转化为有意义的微生数物据是一项重大的挑战。而AI强大的模式识别、数据挖掘和监督下自主学习能力使得其十分契合处理分析拉曼组海量复杂数据的需求。基于此，傅钰研究员课题组开展了一系列的工作，他们建立了14种代表性微生物的拉曼组数据库，设计了卷积神经网络机器学习算法，开展模型验证和样品预测。同时，通过逐一遮蔽光谱的理念建立了新型的微生物拉曼光谱特征峰提取算法（ORSFE），实现对AI如何分析微生物拉曼光谱的可视化呈现，打破了人工智能检验判定的过程的黑箱。进一步的研究发现，拉曼组不仅仅能够迅速鉴定微生物的种类，还可以对微生物的耐药性等生理特性直接进行表征。不仅如此，傅钰研究员还提出了利用拉曼组来关联映射细胞的转录组和代谢组的概念，以期利用拉曼光谱的无损性来实时追踪活细胞体内的基因转录和代谢产物变化，并通过实验初步验证了该概念的可行性。

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