表面增强拉曼光谱（surface-enhanced Raman spectroscopy，SERS）是一种具有单分子检测灵敏度的分子指纹光谱技术，在生物医学分析、催化机理研究、环境与食品安全现场快检等领域具有重要应用前景。最近，中国科学院福建物质结构研究所（厦门稀土材料研究中心）张云课题组利用前期发展的三维表面增强拉曼光谱技术，在生物医学分析领域取得了重要进展：（1）通过发展可穿戴手性SERS传感微流控贴片，实现了人体汗液中手性代谢物的实时非侵入监测，为精准医学提供了技术支撑（Small 2025, 21, 2500770. https://doi.org/10.1002/smll.202500770）。（2）通过构建三维双功能柔性纳米结构，实现了单个细胞凋亡过程中胞外释放细胞色素C空间分布的原位监测，并验证了该技术在活体肿瘤治疗效果评估中的潜在应用价值（Biosensors and Bioelectronics 2025, 288, 117818. https://doi.org/10.1016/j.bios.2025.117818）。

（1）手性是自然界的本质属性，在生命起源、发展中起着关键作用。若干手性代谢小分子已经成为癌症等疾病监测的重要生物标志物。目前，临床中手性代谢分子的检测需对血液等样品进行前处理，并依赖手性高效液相色谱等方法实现对映体的定量分析。然而，此类常规方法由于耗时长、通量低等缺点，限制了手性代谢小分子在个性化诊疗中的应用价值。

针对上述问题，张云课题组发展了一种可原位实时定量分析人体汗液中手性代谢分子的可穿戴汗液传感策略 （图1）。这种可穿戴设备集成了可以从皮肤表面提取储存汗液的微流控贴片，以及针对汗液手性代谢分子检测的柔性SERS传感元件。作为概念性演示，我们通过该设备首次实现了人体汗液中手性代谢分子左氧氟沙星的原位实时定量分析检测，获得了个体的动态代谢模式。通过与HPLC/MS检测结果比较，证实了我们发展的可穿戴微流控手性SERS传感设备具有极好的对映异构体响应性、高的检测灵敏度和稳定性。该项技术为体内与疾病相关的异常手性代谢分子的检测提供技术支持，有望在疾病诊断、预后、个性化医疗等方面发挥作用。

图1 可穿戴手性SERS微流控传感技术实现人体汗液中手性代谢分子的实时监测

（2）光热直接诱导细胞凋亡是消除肿瘤细胞的主要机制之一。凋亡中释放到胞外的细胞色素C是一种潜在的信号分子，参与了多种病理生理过程的调节。目前，细胞色素C的检测技术主要包括酶联免疫吸附试验（ELISA）、Western blot、流式细胞术等。ELISA和Western blot具有较高的检测特异性和灵敏度，但是得到的是细胞群体的平均响应，无法揭示不同细胞之间细胞色素C含量的异质性。

为了实现单个凋亡细胞释放细胞色素C空间分布的原位监测，张云课题组发展了一种双功能3D SERS基底，在单细胞水平实现了细胞凋亡释放细胞色素C的定量成像分析，并实现了活体光热治疗肿瘤过程中肿瘤组织内细胞色素C的原位监测 （图2）。该3D基底通过上下两层纳米结构之间的表面等离激元耦合作用，协同形成兼具光热和SERS检测的双功能特性。通过在3D 基底表面原位培养细胞，在光热效应诱导细胞凋亡后，我们获得了单个细胞释放细胞色素C的原位定量SERS成像。通过该技术，我们进一步研究了不同细胞系对凋亡时细胞色素C释放的影响。通过构建双功能3D SERS基底的可穿戴贴片，实现了小鼠肿瘤光热治疗过程中，凋亡肿瘤细胞释放细胞色素C的原位监测。我们所开发的方法为深刻理解细胞凋亡释放代谢物如何影响周围细胞生理过程提供了技术支持。

图2 利用三维双功能SERS基底实现光热诱导凋亡细胞色素C释放空间分布的原位监测

相关成果分别以（1） Wearable SERS-microfluidic patch for real-time in situ monitoring of chiral metabolites in sweat为题发表在国际期刊Small。（2）In situ spatial profiling of cytochrome c release at the single-cell level under photothermal stress utilizing a 3D bifunctional SERS substrate为题发表在生物医学分析领域权威期刊Biosensors and Bioelectronics。中国科学院福建物质结构研究所张云研究员、田向东副研究员、中国科学院过程工程研究所周蕾研究员为文章通讯作者。