大皖新聞訊 大千萬物由各種小分子組成，而獲得1930年諾貝爾物理學獎的“拉曼光譜”，像是每個分子的“指紋”。幾十年來，全球科學家一直努力開展表面增強拉曼光譜的研究，希望將其用于食品科學、生命科學、臨床醫(yī)學等領域的分子檢測中。

2024年4月下旬，上海交通大學葉堅團隊“數(shù)字膠體增強拉曼光譜定量技術”的研究成果在頂級期刊《Nature》上發(fā)表，在國際上首次突破增強拉曼可重復定量分子檢測，為該技術的普遍應用奠定了重要基礎。

而作為上海交大合肥腫瘤早篩創(chuàng)新技術研究院副院長，葉堅教授也將成果帶到合肥高新區(qū)，在腫瘤早篩等領域加快轉化，希望造福百姓生命健康。預計實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化后，能夠為公眾提供價格只有百元的腫瘤早篩醫(yī)療服務。

“諾獎成果”轉化應用遇“百年難題”

拉曼散射（Raman scattering）是1928年發(fā)現(xiàn)的一種指紋式、具有分子結構特異性的非彈性散射光譜，獲得了1930年諾貝爾物理學獎。通過拉曼譜峰，可以直接判斷對應的分子結構，進而識別具體的分子的類型。該技術具有無需標記的優(yōu)勢，使其在物理、化學、生物、地質、醫(yī)學、公共安全等各個領域，都具有重要的應用價值。

但是，讓科學家苦惱的是，拉曼信號通常比較弱，因此，增強其信號，來提升檢測能力，就變得極為必要。1974年，表面增強拉曼光譜“應運而生”?？茖W家們發(fā)現(xiàn)，等離激元納米材料可以極大地增強拉曼信號，甚至可以達到單分子檢測靈敏度。

1997年，單分子SERS檢測的實現(xiàn)，是表面增強拉曼光譜研究的里程碑事件。SERS高特異性和高靈敏度的特點，使其成為檢測和成像的底層技術。但是，新的挑戰(zhàn)又來了。隨著SERS研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)：在低濃度檢測時，拉曼信號強度存在極大的不可重復性。所以，具有單分子檢測的靈敏度，并不意味著超靈敏定量的實現(xiàn)。

而只有實現(xiàn)具有可重復性的測量，SERS技術才具有實際應用與大規(guī)模推廣的能力。

上海交大顛覆性創(chuàng)新奠定應用基礎

能否實現(xiàn)可重復性，成為困擾拉曼領域幾十年的難題。雖然全球很多科學家都在努力，但都難以在現(xiàn)有的技術框架中進行圓滿解決。

就在表面增強拉曼光譜“誕生”五十年后的2024年，國際頂級期刊《Nature》上的一篇文章，讓人們看到了新的曙光。

經(jīng)過20多年的努力，上海交通大學生物醫(yī)學工程學院教授葉堅課題組成功開發(fā)出了數(shù)字膠體增強拉曼光譜技術（digital Colloid-Enhanced Raman Spectroscopy, dCERS），為表面增強拉曼光譜技術的普遍應用奠定了重要基礎。

“這項技術在可操作的層面上，實現(xiàn)了超低濃度小分子的可重復定量檢測，徹底改變了小分子分析方法，顛覆了質譜等傳統(tǒng)技術的應用方式。”葉堅教授說，dCERS技術具備可大規(guī)模生產(chǎn)和制備的能力，檢測方法便捷、成本低、易校準，極大地提高了小分子的檢測效率。

這一重要成果，于2024年4月17日發(fā)表在國際頂級期刊《Nature》（《自然》）上?！蹲匀弧冯s志評論說：這是增強拉曼光譜技術發(fā)現(xiàn)五十周年的獻禮，這種令人興奮的方法，將被廣泛應用于實際場景中。

dCERS掀開分子檢測新篇章

為什么專家學者們都對新方法的應用前景感到如此“興奮”呢？

因為，無論是檢測致癌誘變劑，還是檢測早期疾病標志物，或者是檢測環(huán)境污染物等，在復雜混合物中以極低濃度對各種分子進行定量檢測，一直是許多科學和工程領域的主要目標之一。而無需外部標記或修改就能檢測這些分析物的技術，不僅非常有價值，而且常常是人們的首選。

而上海交大葉堅教授團隊開發(fā)的dCERS新技術，使用了數(shù)字(納米)膠體來增強拉曼光譜，可以在非常低的濃度下實現(xiàn)廣泛目標分子的可重復量化。由于金屬膠體納米粒子可以增強這些振動特征，包括羥胺還原銀膠體，所以能在常規(guī)條件下大規(guī)模制造。

又能可重復量化，又能大規(guī)模制造，成本也不高……所以，可以預見“數(shù)字(納米)膠體增強拉曼光譜”將成為可靠和超靈敏檢測各種分析物的首選技術，比如染料分子、代謝小分子、核酸、蛋白的定量檢測。

為了確立dCERS在實際測量中的潛力，葉堅團隊還選取了劇毒除草劑百草枯和含硫劇毒殺真菌劑福美雙作為展示實例。“選取普通的湖水作為背景，并混入微量的百草枯，我們實現(xiàn)了低于歐盟最大殘留量規(guī)定三個數(shù)量級的檢測靈敏度；對于福美雙，我們選取了實驗室培養(yǎng)的豆芽提取液，達到了優(yōu)于質譜五個數(shù)量級的檢測靈敏度?！比~堅教授說，dCERS的超高靈敏度和可靠的統(tǒng)計分布，是實現(xiàn)這些定量測量的關鍵基礎。

如同“火眼金睛” 發(fā)現(xiàn)人體早期腫瘤細胞

對于上海交大的科研人員來說，不僅希望論文“寫在”學術期刊上，也希望促進成果轉化，將論文寫在產(chǎn)品和服務上。

為此，由葉堅教授和其學生熊敏創(chuàng)辦的上海默樂光檢科技有限公司，已經(jīng)開始將dCERS技術推進到產(chǎn)業(yè)化階段，向客戶提供基于表面增強拉曼光譜方法學的科學儀器、研發(fā)服務、診斷產(chǎn)品及配套耗材，為生命科學、臨床醫(yī)學、食品科學、藥物研發(fā)、工業(yè)監(jiān)控等應用領域提供分子檢測成套解決方案。

默樂科技董事長熊敏說，小分子無處不在，檢測需求遍布各行各業(yè)，分子檢測的潛在市場規(guī)模超千億元。

腫瘤早篩，也是分子檢測應用的重要領域之一。眾所周知，腫瘤早篩技術能夠提前1-2年檢測到人體內的早期惡性腫瘤細胞內的分子事件，而dCERS則有著廣闊的前景?！巴ㄋ椎恼f，dCERS就像是火眼金睛，能夠看到人體內早期腫瘤細胞的代謝情況?！比~堅介紹，dCERS技術通過血清就能診斷出患者的腫瘤發(fā)展情況，可以有效減少誤診，提高手術切除率、延長患者生存時間。

相較于傳統(tǒng)的質譜、核磁共振等技術，表面增強拉曼光譜在腫瘤早篩中可操作性更強、成本更加低，“而且，儀器很小，應用場景不受局限，有望讓人們在家里就能進行分子檢測?！?/p>

“入谷”加快轉化 讓腫瘤早篩惠及更多百姓

于是，作為上海交大合肥腫瘤早篩創(chuàng)新技術研究院副院長，葉堅教授也將此成果帶到合肥，在位于科大硅谷的合肥腫瘤早篩研究院里加快產(chǎn)業(yè)化進程。

上海交通大學合肥腫瘤早篩創(chuàng)新技術研究院是由合肥市人民政府、合肥高新區(qū)和上海交通大學古宏晨教授團隊于2023年底共同發(fā)起設立的新型研發(fā)機構。研究院匯聚上海交通大學高水平科學家團隊，聯(lián)合合肥與上海兩地優(yōu)勢醫(yī)療機構，打造一個以合肥為創(chuàng)新策源地、特色鮮明的腫瘤早篩創(chuàng)新中心和產(chǎn)業(yè)高地。

目前，合肥腫瘤早篩研究院已經(jīng)部署了腫瘤創(chuàng)新標志物發(fā)現(xiàn)、腫瘤早篩創(chuàng)新方法學研究、腫瘤早篩臨床醫(yī)學與真實世界隊列研究等。而dCERS的“加盟”，將進一步推動腫瘤早篩的普適化?！把芯吭簳每拼蠊韫葍?yōu)越的政策環(huán)境，匯聚各種創(chuàng)新要素，提供更多應用場景，全力支持dCERS在合肥率先進行成果轉化。”上海交通大學生物醫(yī)學工程學院首席研究員、合肥腫瘤早篩創(chuàng)新技術研究院副院長徐宏說，dCERS實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化后，將能為公眾提供價格大約百元的腫瘤早篩醫(yī)療服務。

“科大硅谷是安徽加快科技成果轉化的示范地，相信在大家的共同努力下，能早日實現(xiàn)技術的產(chǎn)業(yè)化，從而造福百姓健康?！碑厴I(yè)于浙江大學，曾在歐美工作多年，如今在上海交大擔任博士生導師、在上海交通大學醫(yī)學院附屬瑞金醫(yī)院“廣慈教授”的葉堅相信，在合肥高新區(qū)這片創(chuàng)新熱土上，科技成果將加快走出實驗室，形成產(chǎn)品走進千家萬戶。

而啟動建設已經(jīng)接近兩周內的科大硅谷，也正吸引越來越多像葉堅教授這樣的高層次人才團隊、像合肥腫瘤早篩研究院這樣的新型研發(fā)機構、像dCERS這樣的國際級成果“加盟”，從而匯聚世界創(chuàng)新力量，形成蓬勃向上的科創(chuàng)新天地。

大皖新聞記者 項磊 實習生 唐雪玲

（安徽網(wǎng)）