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

2024年4月下旬，上海交通大學(xué)葉堅(jiān)團(tuán)隊(duì)“數(shù)字膠體增強(qiáng)拉曼光譜定量技術(shù)”的研究成果在頂級(jí)期刊《Nature》上發(fā)表，在國際上首次突破增強(qiáng)拉曼可重復(fù)定量分子檢測，為該技術(shù)的普遍應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。

而作為上海交大合肥腫瘤早篩創(chuàng)新技術(shù)研究院副院長，葉堅(jiān)教授也將成果帶到合肥高新區(qū)，在腫瘤早篩等領(lǐng)域加快轉(zhuǎn)化，希望造福百姓生命健康。預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化后，能夠?yàn)楣娞峁﹥r(jià)格只有百元的腫瘤早篩醫(yī)療服務(wù)。

“諾獎(jiǎng)成果”轉(zhuǎn)化應(yīng)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(jié)構(gòu)特異性的非彈性散射光譜，獲得了1930年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。通過拉曼譜峰，可以直接判斷對(duì)應(yīng)的分子結(jié)構(gòu)，進(jìn)而識(shí)別具體的分子的類型。該技術(shù)具有無需標(biāo)記的優(yōu)勢，使其在物理、化學(xué)、生物、地質(zhì)、醫(yī)學(xué)、公共安全等各個(gè)領(lǐng)域，都具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

但是，讓科學(xué)家苦惱的是，拉曼信號(hào)通常比較弱，因此，增強(qiáng)其信號(hào)，來提升檢測能力，就變得極為必要。1974年，表面增強(qiáng)拉曼光譜“應(yīng)運(yùn)而生”。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，等離激元納米材料可以極大地增強(qiáng)拉曼信號(hào)，甚至可以達(dá)到單分子檢測靈敏度。

1997年，單分子SERS檢測的實(shí)現(xiàn)，是表面增強(qiáng)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(diǎn)，使其成為檢測和成像的底層技術(shù)。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(shí)，拉曼信號(hào)強(qiáng)度存在極大的不可重復(fù)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(shí)現(xiàn)。

而只有實(shí)現(xiàn)具有可重復(fù)性的測量，SERS技術(shù)才具有實(shí)際應(yīng)用與大規(guī)模推廣的能力。

上海交大顛覆性創(chuàng)新奠定應(yīng)用基礎(chǔ)

能否實(shí)現(xiàn)可重復(fù)性，成為困擾拉曼領(lǐng)域幾十年的難題。雖然全球很多科學(xué)家都在努力，但都難以在現(xiàn)有的技術(shù)框架中進(jìn)行圓滿解決。

就在表面增強(qiáng)拉曼光譜“誕生”五十年后的2024年，國際頂級(jí)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(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院教授葉堅(jiān)課題組成功開發(fā)出了數(shù)字膠體增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)（digital Colloid-Enhanced Raman Spectroscopy, dCERS），為表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)的普遍應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。

“這項(xiàng)技術(shù)在可操作的層面上，實(shí)現(xiàn)了超低濃度小分子的可重復(fù)定量檢測，徹底改變了小分子分析方法，顛覆了質(zhì)譜等傳統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用方式?！比~堅(jiān)教授說，dCERS技術(shù)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(zhǔn)，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(jí)期刊《Nature》（《自然》）上?！蹲匀弧冯s志評(píng)論說：這是增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)發(fā)現(xiàn)五十周年的獻(xiàn)禮，這種令人興奮的方法，將被廣泛應(yīng)用于實(shí)際場景中。

dCERS掀開分子檢測新篇章

為什么專家學(xué)者們都對(duì)新方法的應(yīng)用前景感到如此“興奮”呢？

因?yàn)椋瑹o論是檢測致癌誘變劑，還是檢測早期疾病標(biāo)志物，或者是檢測環(huán)境污染物等，在復(fù)雜混合物中以極低濃度對(duì)各種分子進(jìn)行定量檢測，一直是許多科學(xué)和工程領(lǐng)域的主要目標(biāo)之一。而無需外部標(biāo)記或修改就能檢測這些分析物的技術(shù)，不僅非常有價(jià)值，而且常常是人們的首選。

而上海交大葉堅(jiān)教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)的dCERS新技術(shù)，使用了數(shù)字(納米)膠體來增強(qiáng)拉曼光譜，可以在非常低的濃度下實(shí)現(xiàn)廣泛目標(biāo)分子的可重復(fù)量化。由于金屬膠體納米粒子可以增強(qiáng)這些振動(dòng)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(fù)量化，又能大規(guī)模制造，成本也不高……所以，可以預(yù)見“數(shù)字(納米)膠體增強(qiáng)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(shù)，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(shí)際測量中的潛力，葉堅(jiān)團(tuán)隊(duì)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(shí)例?！斑x取普通的湖水作為背景，并混入微量的百草枯，我們實(shí)現(xiàn)了低于歐盟最大殘留量規(guī)定三個(gè)數(shù)量級(jí)的檢測靈敏度；對(duì)于福美雙，我們選取了實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的豆芽提取液，達(dá)到了優(yōu)于質(zhì)譜五個(gè)數(shù)量級(jí)的檢測靈敏度?！比~堅(jiān)教授說，dCERS的超高靈敏度和可靠的統(tǒng)計(jì)分布，是實(shí)現(xiàn)這些定量測量的關(guān)鍵基礎(chǔ)。

如同“火眼金睛” 發(fā)現(xiàn)人體早期腫瘤細(xì)胞

對(duì)于上海交大的科研人員來說，不僅希望論文“寫在”學(xué)術(shù)期刊上，也希望促進(jìn)成果轉(zhuǎn)化，將論文寫在產(chǎn)品和服務(wù)上。

為此，由葉堅(jiān)教授和其學(xué)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(shù)推進(jìn)到產(chǎn)業(yè)化階段，向客戶提供基于表面增強(qiáng)拉曼光譜方法學(xué)的科學(xué)儀器、研發(fā)服務(wù)、診斷產(chǎn)品及配套耗材，為生命科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、食品科學(xué)、藥物研發(fā)、工業(yè)監(jiān)控等應(yīng)用領(lǐng)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(yīng)用的重要領(lǐng)域之一。眾所周知，腫瘤早篩技術(shù)能夠提前1-2年檢測到人體內(nèi)的早期惡性腫瘤細(xì)胞內(nèi)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(nèi)早期腫瘤細(xì)胞的代謝情況?！比~堅(jiān)介紹，dCERS技術(shù)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(shù)切除率、延長患者生存時(shí)間。

相較于傳統(tǒng)的質(zhì)譜、核磁共振等技術(shù)，表面增強(qiáng)拉曼光譜在腫瘤早篩中可操作性更強(qiáng)、成本更加低，“而且，儀器很小，應(yīng)用場景不受局限，有望讓人們?cè)诩依锞湍苓M(jìn)行分子檢測?！?/p>

“入谷”加快轉(zhuǎn)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(shù)研究院副院長，葉堅(jiān)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(jìn)程。

上海交通大學(xué)合肥腫瘤早篩創(chuàng)新技術(shù)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(xué)古宏晨教授團(tuán)隊(duì)于2023年底共同發(fā)起設(shè)立的新型研發(fā)機(jī)構(gòu)。研究院匯聚上海交通大學(xué)高水平科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合合肥與上海兩地優(yōu)勢醫(yī)療機(jī)構(gòu)，打造一個(gè)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(biāo)志物發(fā)現(xiàn)、腫瘤早篩創(chuàng)新方法學(xué)研究、腫瘤早篩臨床醫(yī)學(xué)與真實(shí)世界隊(duì)列研究等。而dCERS的“加盟”，將進(jìn)一步推動(dòng)腫瘤早篩的普適化?！把芯吭簳?huì)利用科大硅谷優(yōu)越的政策環(huán)境，匯聚各種創(chuàng)新要素，提供更多應(yīng)用場景，全力支持dCERS在合肥率先進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化?！鄙虾＝煌ù髮W(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院首席研究員、合肥腫瘤早篩創(chuàng)新技術(shù)研究院副院長徐宏說，dCERS實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化后，將能為公眾提供價(jià)格大約百元的腫瘤早篩醫(yī)療服務(wù)。

“科大硅谷是安徽加快科技成果轉(zhuǎn)化的示范地，相信在大家的共同努力下，能早日實(shí)現(xiàn)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，從而造福百姓健康?！碑厴I(yè)于浙江大學(xué)，曾在歐美工作多年，如今在上海交大擔(dān)任博士生導(dǎo)師、在上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院“廣慈教授”的葉堅(jiān)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(shí)驗(yàn)室，形成產(chǎn)品走進(jìn)千家萬戶。

而啟動(dòng)建設(shè)已經(jīng)接近兩周內(nèi)的科大硅谷，也正吸引越來越多像葉堅(jiān)教授這樣的高層次人才團(tuán)隊(duì)、像合肥腫瘤早篩研究院這樣的新型研發(fā)機(jī)構(gòu)、像dCERS這樣的國際級(jí)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?dòng)浾?項(xiàng)磊 實(shí)習(xí)生 唐雪玲

（安徽網(wǎng)）