仿生SERS傳感器用于肺癌呼出標志物的超靈敏檢測

　　人類的呼出氣直接來源于肺的新陳代謝，因此可以通過檢測呼出氣中特征標志物的改變，來反映肺部的生理或病理狀態。研究發現肺癌呼出物中的特征標志物有42種，分屬于7大類（烴類、醇類、醛類、酮類、酯類、腈類和芳香族化合物）。能否通過檢測患者呼出物中的這些特征標志物來判斷其是否患肺癌呢？近日，中國科學院化學研究所的王鐵研究員團隊制備了一種樹枝狀銀納米晶基SERS傳感器用于肺癌呼出標志物的超靈敏檢測。

　　肺癌是發病率和死亡率最高的惡性腫瘤疾病，對人類的生命健康威脅巨大。研究發現，肺癌的篩查及早期診斷是改善預后的關鍵，然而由于肺癌早期缺乏特異性癥狀，因而早期發現困難。通過呼吸標志物的檢測來診斷肺癌具有無損、直接、廉價的特點，因而成為肺癌診斷研究的熱點。但受制于肺癌呼出氣中特征標志物的濃度極低且濕度大等缺點，傳統的檢測手段在肺癌呼出標志物的高效檢測中受到了限制。受益于貴金屬表面的電磁增強及吸附分子的化學增強，表面增強拉曼散射（SERS）效應能夠實現單分子的高靈敏、高選擇的指紋性檢測，因而成為氣體分子檢測的理想方法。但是，肺癌呼吸特征標志物的弱拉曼活性及固體表面氣體分子難以吸附，限制了SERS在肺癌檢測診斷方面的應用。

醛類氣體分子SERS檢測的機理圖

　　王鐵研究員團隊采用一個可操控的SERS策略，來檢測弱拉曼活性的醛類氣體分子，達到肺癌病人早期快速診斷的目的。首先，他們仿生蛾的觸角結構，利用結晶潛熱的釋放可控制備了枝狀結構的銀納米晶。通過銀枝狀晶結構中形成的大量空腔結構引起“空腔渦流”效應，延長氣流中的氣體分子與枝狀晶表面的作用時間，從而促使氣體分子的沉積/吸附。接著，他們通過在納米銀枝狀晶表面預接枝拉曼活性的探針分子——對氨基苯硫酚(4-ATP)，利用4-ATP與醛類分子的親核加成反應生成亞胺類物質，引起醛類分子捕獲前后拉曼特征峰的變化，實現醛類氣體分子的檢測。由于SERS檢測的本身屬性，醛類氣體分子的檢測不受周圍環境（濕度）的影響，且檢測靈敏度極高，檢測限達到ppb量級。由于極其微量的醛類氣體分子可以被高靈敏捕捉和檢測，這種新穎的策略在非侵入性肺癌的篩選等領域具有巨大的實際應用價值。這一成果近期發表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者是中國科學院化學研究所博士研究生張振。