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为解决 SERS 独立成像速度慢的问题，研究人员开发刺激响应型 SERS - 暗场（DF）双峰纳米探针。其可在高表达 legumain 的 DU145 细胞内聚集，DF 加速定位后 SERS 成像，建立酶活性与信号关联，提升疾病检测效率。
癌症的早期检测如同在迷雾中寻找微弱的灯塔，对提升治疗效果至关重要。表面增强拉曼散射（Surface-Enhanced Raman Scattering, SERS）技术虽具备高灵敏度和分子特异性，却因独立成像时需耗时的光栅扫描与高光谱采集，难以满足临床对实时检测的需求。如何在保证分子检测精度的同时，提升成像速度，成为横亘在科研人员面前的一道难题。
为突破这一困境，约翰霍普金斯大学的研究人员开展了一项创新研究。他们开发出刺激响应型双峰 SERS - 暗场（Dark-Field, DF）等离子体纳米探针，旨在实现转移性前列腺癌细胞的快速选择性成像。研究发现，该纳米探针可在高表达 legumain 酶的 DU145 细胞内发生酶触发聚集，而在 legumain 活性极低的 LNCaP 细胞中保持分散状态。通过 DF 成像快速定位纳米探针聚集区域，结合 SERS 的分子特异性检测，显著提升了癌细胞检测的效率与准确性。这项研究为通过独特酶谱快速精准检测多种疾病提供了通用平台，相关成果发表在《Biosensors and Bioelectronics》。
研究主要采用的关键技术方法包括：基于金纳米立方体的等离子体纳米探针制备技术，将 legumain 酶响应肽（含 AAN 底物序列、多聚精氨酸寡聚体及 CBT 基团）与氰基苯并噻唑 - 半胱氨酸（CBT-Cys）共轭的生物正交自凝聚机制，以及 DF 显微镜与 SERS 成像的双峰联用技术。
设计 SERS-DF 纳米探针
研究人员在 80 nm 金纳米立方体表面修饰 legumain 酶响应肽 Ac-Arg-Arg-Arg-Arg-Arg-Arg-Ala-Ala-Asn-Cys (StBu)-Pra-Lys-CBT。该肽段包含 legumain 特异性底物 Ala-Ala-Asn（AAN）、促进细胞摄取的多聚精氨酸序列及触发自凝聚的 CBT 基团。当纳米探针被细胞内化后，legumain 酶切割 AAN 序列，暴露 Cys 巯基，引发 CBT-Cys 生物正交自凝聚反应，导致金纳米立方体聚集。
纳米探针的酶响应聚集特性
实验表明，DU145 细胞（高表达 legumain）内的纳米探针在 6 小时后显著聚集，表现为 DF 显微镜下强散射光斑，且 SERS 信号中某一报告分子信号减弱；而 LNCaP 细胞（低表达 legumain）内的纳米探针仍均匀分散，DF 成像无明显光斑，SERS 信号稳定。这证实了纳米探针对 legumain 酶活性的特异性响应。
双峰成像策略的优势
传统单模态 SERS 技术需逐点扫描，耗时较长。而 DF 成像可快速定位纳米探针聚集区域，大幅缩短初始扫描时间，随后 SERS 对聚集区域进行分子特异性验证，实现 “快速定位 - 精准验证” 的高效检测流程。与传统方法相比，该双峰策略将成像时间缩短约 70%，同时保持分子检测的高特异性。
研究通过设计酶响应型双峰纳米探针，成功解决了 SERS 成像速度与分子特异性难以兼顾的问题。DF 成像的快速定位能力与 SERS 的分子精准检测相结合，不仅为前列腺癌中 legumain 酶活性的检测提供了有效工具，也为基于酶谱分析的其他疾病检测开辟了新路径。该纳米探针的设计思路（如生物正交反应、酶响应肽修饰）具有通用性，可拓展至其他肿瘤相关酶或生物标志物的检测，有望推动精准医学中实时分子诊断技术的发展。
