浙江工业大学提出基于DNA适配体剪纸的SERS芯片，实现血清中标志物分子快速精准检测

表面增强拉曼(SERS)自1974年被发现以来，由于其分子指纹识别及单分子检测灵敏度，相比医院使用的免疫荧光检测（间接检测，易受抗体-抗原影响产生假阳性），在医学疾病标志物分子精准诊断有重要应用潜力。但至今过去50年，SERS一直无法应用到疾病临床检测中，主要面临三大挑战：血清中除疾病标志物分子外，还存在几千种以上已知和未知的其它分子等，使目标分子信号受其它分子的干扰；目前SERS芯片的局域光场热点均一性差，且受到液体血清中目标分子的解吸附及操作等影响，很难实现精准定量；单分子高灵敏检测要求芯片具有精准可控的亚纳米级间隙，但目前物理微加工受电子波动性影响（5纳米以上），无法实现亚纳米间隙芯片的精准可控制备。

近日，浙江工业大学物理学院刘凡新教授团队和美国南加州大学电子物理系吴蔚教授、中科院半导体所吴江滨研究员及谭平恒研究员、南京大学物理学院詹鹏教授及同济大学附属上海第十人民医院贾成友博士合作，提出基于柔性纳米手指结合标志物分子对应的DNA适配体剪纸技术，构建了具有亚纳米适配体间隙的表面增强拉曼(SERS)检测芯片，实现了在复杂液体血清中标志物目标分子的精准定性和定量检测。通过肝癌病人血清中标志物AFP分子及急性心梗病人血清中标志物cTnI分子的临床样本验证（10例病人），证实了可行性。由于芯片具有亚纳米级间隙，可实现单分子层次的检测灵敏度，使得检测限低于荧光检测1000倍以上。更重要是从样本采集到检测结果时间小于3分钟，对急性心梗等诊断尤其有用。该研究解决了SERS应用到疾病检测所面临的挑战：可直接使用病人液体血清作为检测样本，实现了精准定性和定量测量，且总检出时间3分钟。后续结合指尖血采集（只需极少血清）及手持式拉曼，可实现快速的ICU病房（比较急，样本少）、家庭、救护车、偏远地区等不同场景的疾病快速检测。

基于纳米手指阵列结合DNA适配体剪纸技术形成的Au手指/适配体/Au手指芯片实现临床血清中生物标志物分子的SERS检测示意图

Au手指/适配体/Au手指间隙等离激元耦合结构芯片的表征

基于Au手指/适配体/Au手指耦合结构芯片对临床肝癌（HCC）病人血清中标志物分子AFP测量结果

相关研究以“Targeted Molecular Rapid SERS Diagnosis in Clinical Human Serum Through Aptamer Origami-Collapsed Nanofingers Chip”为题于2025年5月12日在线发表在生物传感器领域国际学术期刊Biosensors and Bioelectronics上。浙江工业大学为该成果第一署名单位，浙工大物理学院季倍佳硕士和南加大刘泽睿博士为共同第一作者，刘凡新教授、吴蔚教授、吴江滨研究员、詹鹏教授及贾成友博士为共同通讯作者。该工作得到国家重点研发计划（Nos.2022YFA1404300）、国家自然科学基金（Nos.11974015、12174189、12304431）以及浙江省自然科学基金重点项目（No.LZ22A040008）的支持。该工作同时得到Shanghai Municipal Health Commission (202040043; GWVI-11.2-YQ51 and 20214Y0159) 的支持。

刘凡新