Theranostics | 从纳米标签到精准生物医学：SERS 驱动的肿瘤生物标志物分析、动态生物影像、人工智能增强诊断与治疗的进展与创新

表面增强拉曼光谱（SERS）通过利用贵金属纳米结构中局部表面等离子共振现象，彻底革新了分子探测，实现了高达 10¹⁴的信号增强因子。这一变革性技术通过两个基本机制重塑生物医学实践：纳米级“热点”电磁场放大和化学电荷转移效应。本综述聚焦于 SERS 技术在生化分析中的前沿应用。首先剖析工程 SERS 标签的螺母和螺栓：（1）作为增强剂的等离激元纳米颗粒;（2）拉曼报告分子作为指纹识别;（3）保护壳;（4）针对生物分子的选择性功能化，以及这些分子如何被设计、优化和微调以实现精确性。具体而言，综述聚焦于 SERS 标签的临床潜力：（1）肿瘤标志物检测和体外诊断;（2）生物影像;（3）肿瘤治疗;（4）人工智能辅助肿瘤的诊断与治疗。最后，我们前瞻性地关注了生物医学中的 SERS 技术，如多模态整合、标准化检测方案、基于人工智能的现场诊断频谱分析以及大规模临床应用。

该研究以题为“From nanotags to precision biomedicine: SERS-driven progress and innovation in tumor biomarker profiling, dynamic bioimaging, AI-enhanced diagnostics and therapy”发表在Theranostics上。

SERS增强及机制。(A) 采用贵金属纳米结构增强SERS信号的示意图。(B) 局域表面等离子体共振对SERS的贡献，电磁增强。经Ref. [9]许可转载。版权2022，Springer Nature。(C) 展示了不同的化学增强机制：静态化学机制（CHEM）、电荷转移机制（CT）和共振拉曼机制（RRS）。经Ref. [11]许可转载。版权2024，美国化学学会。(D) 光子诱导等离子体共振产生局部电磁场增强和纳米级光学热点区域。经Ref. [10]许可转载。版权2025，Elsevier。

基于DNA纳米结构的SERS热点工程：系统组装、动态控制及生物医学应用。经授权转载自文献[12]。版权2025，英国皇家化学学会。

核心可配置SERS活性标签的结构分解划分为四个功能组件：（1）等离子核；（2）RaR分子；（3）稳定涂层；（4）用于生物识别的探测分子。

(A) 小蛋白包覆纳米颗粒（卫星）选择性吸附到无蛋白基核上形成纳米团簇的示意图。经文献[73]授权转载。版权 2024，美国化学会。(B) 带有仿生蛋白冠层的银杂化空心金纳米壳的示意图，实现SERS成像和肿瘤特异性光疗激活。经文献[78]授权转载。版权 2021，Elsevier。(C) AMP包覆SERS纳米标签的示意图，利用疏水性锁定增强亮度、稳定性和细胞靶向性。经文献[75]授权转载。版权 2024，Elsevier。(D) 通过EDC/NHS介导抗体偶联在脂质体-金纳米粒混合物上合成LipoGold SERS标签的示意图。经文献[76]授权转载。版权 2024，自然通讯。

(A) 涂有金属有机框架（MOF）的纳米线内窥镜用于细胞内选择性检测。经来源文献 [79] 许可转载。版权所有 2023，Wiley。(B) 三维贵金属-MOF 复合材料实现农药的捕获与检测。经来源文献 [80] 许可转载。版权所有 2021，Elsevier。(C) 生物功能化各向异性金纳米颗粒（Au NPs）涂覆红细胞膜囊泡。经来源文献 [83] 许可转载。版权所有 2022，美国化学学会。

（A）基于纳米多孔AAO的VFA平台，利用拉曼染料编码的核心壳SERS纳米标签多重检测四个炎症生物标志物。经参考文献[85]授权转载。版权所有 2020，Wiley。（B）多功能SERS芯片，支持SARS-CoV-2抗原/抗体检测。经参考文献[86]授权转载。版权所有 2025，爱思唯尔。（C）用于SARS-CoV-2病毒载量定量分析的SERS传感器。经参考文献[87]许可转载。版权所有 2021，美国化学学会。