用户速递：西电胡波Adv. Mater.：手持式SERS技术实现尿液药物残留半定量检测：蒲公英仿生‘浓度指示’试剂盒

表面增强拉曼散射技术因其高灵敏度、分子特异性和非侵入性，在生物医学检测领域得到广泛应用。对于临床诊断中的大多数实际应用，半定量检测往往足够——它能快速判断待测物浓度是否处于标准区间，无需精确数值。因此，开发基于SERS策略的半定量分析浓度指示试剂盒具有重要价值。

西安电子科技大学胡波教授在《Advanced Materials》期刊发表了题为“Concentration Indicator Kit Based on Dandelion Propagation‐Inspired SERS Strategy”的研究论文。该研究工作受蒲公英种子传播过程启发，开发了一种新颖的表面增强拉曼散射策略，通过优化热点构建与分子吸附的协同作用实现信号的显著增强。并且发现了一种“浓度指示”现象：在特定指示浓度下SERS信号急剧增强，而在邻近浓度下信号微弱。基于此原理开发的浓度指示试剂盒，其实用性通过尿液样本中2-巯基苯并噻唑生物检测得到验证。

图1. 基于蒲公英繁殖启发的表面增强拉曼散射（SERS）策略的浓度指示剂试剂盒示意图

图1A表明，浓度指示试剂盒通过混合、生长、检测三阶段操作，利用SERS效应的非单调变化实现检测：低浓度信号弱（热点少），*优浓度信号*强（热点密度高、吸附效率高），高浓度信号减弱（团聚沉淀）。方案1B受蒲公英传播启发，通过蚀刻、再生长、自聚焦三步，将Ag NPs逐步转化为Au-Ag纳米花、团聚体和簇状结构，使电磁场强度（ΣE⁴）增强，信号增强超四个数量级，主要依赖避雷针、间隙和核壳效应。

图2. 启发于蒲公英繁殖的SERS策略优化与验证。

图2通过调控银纳米颗粒浓度（图2A-B，*佳1.769 nM）、蚀刻时间（图2C-D，*佳1 min）、AgNO₃（图2E-H，200 mM）与抗坏血酸（图E-H，2 M）浓度验证了*佳SERS增强条件，并证实蚀刻与再生长缺一不可（图2I-J）及再生长后3 min结构自聚焦稳定（图2K-L）。整体而言，图2表明通过精确调控各阶段参数，可实现高密度、高增强效率的SERS热点结构。

图3. 蒲公英传播启发的SERS策略分子吸附研究

图3证明，目标分子（4-巯基吡啶）需在纳米结构演化全程持续存在（图3A），因为分子随结构演化从表面吸附转为嵌入内部，形成稳定复合体（图3D）。虽然簇状结构的颗粒数量较少（图3B），但其单位颗粒吸附能力和总吸附潜力反而*高（图3C）。再生长后，信号先因结构变化快速增强（0-3 min），后因分子吸附缓慢增强（3-15 min），15 min后稳定（图3E-F）。对照实验即改变4-巯基吡啶添加时间，证实分子全程存在时信号*强，约为中途加入的3-4倍（图3G）。此外，该策略适用于含巯基分子（共价键）和阳离子染料（静电作用），但不适用于阴离子染料（图3H-I），界定了该SERS策略的分子适用范围。

图4. 蒲公英传播启发的SERS策略性能分析

图4系统评估了该SERS策略的综合性能：分析增强因子（AEF）高达2.503×10⁵，是银纳米颗粒（AEF=60.4）的4143倍（图4A-B），证明该策略对拉曼信号具有极为显著的放大能力；30次独立重复实验的相对标准偏差RSD为4.23%（图4C-D），五位未经培训志愿者操作的RSD为3.30%（图4E-F），表明该策略具有优异的信号重现性和操作者普适性，不依赖专业技能。

图5. 浓度指示现象的机理研究

图5首次提出并阐释了“浓度指示器”现象：在4.5×10⁻⁵ M的指示浓度下，SERS信号达峰值（约33,000 a.u.），浓度继续升高或降低都几乎检测不到信号，峰值与相邻浓度信号差异高达165倍（图5A-B）；高浓度下紫外双峰表明过度团聚（图5C）；从分子吸附角度说明，*优信号源于团簇结构的高密度热点与分子吸附的*佳协同，低浓度时热点不足或分子被包裹，高浓度时过度团聚或分子游离（图5D-G）；该现象在结晶紫（CV）中同样存在，具有普适性（图5H-I）。综上，“浓度指示器”为半定量检测提供了新策略。

图6. 医学诊断用浓度指示剂试剂盒

图6验证了浓度指示试剂盒在真实尿液中半定量检测2-巯基苯并噻唑（2-MBT）的可行性。确定了*佳吸附时间为30 min（图6E-F）；信号在2.24×10⁻⁵ M处达峰值，指示浓度区间为2.02×10⁻⁵ M–2.46×10⁻⁵ M（图6G-H）；通过稀释策略可区分高低浓度（图6I）；用户界面支持数据输入与半定量输出（图6J）。在人工尿液（图6K-L）和五位志愿者真实尿液（图6M-N）中均验证了指示现象稳定性（RSD 4.30%），表明该试剂盒快速、可靠且适用于复杂基质。

总结：

综上，该研究基于蒲公英传播启发的表面增强拉曼散射（SERS）策略，开发了一种新型“浓度指示剂试剂盒”，该试剂盒通过在特定指示浓度下构建高密度热点并优化分子吸附的协同效应，实现了对尿液中药物残留（如2-巯基苯并噻唑）的快速、便捷且稳定的半定量检测，为临床诊断中的即时检测提供了新的技术平台。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202502162

作者简介

胡波，西安电子科技大学生命科学技术学院教授、博士生导师，西安智能精准诊疗国际科技合作基地负责人。主要研究方向为基于人工智能、微流控芯片和光学检测的单细胞与单分子智能检测技术开发。在Advanced Science、ACS Sensors、Biosensors and Bioelectronics等期刊发表论文多篇。

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