微球阵列纳米孔（NiMA）：一种用于类风湿关节炎血清诊断的超灵敏数字SERS技术

研究人员针对类风湿关节炎（RA）早期诊断的难题，开发了一种基于微球阵列纳米孔（NiMA）的数字表面增强拉曼光谱（dSERS）技术。通过飞秒激光并行加工制备高均一性NiMA基底，实现了10-18 L级液体采样和单分子水平检测，对血清中三种生物标志物（高瓜氨酸、L-色氨酸和L-瓜氨酸）的定量识别达到88.0%准确率。该技术为临床无创早期诊断提供了可靠工具。

　　

类风湿关节炎（RA）是一种困扰全球0.5-1.0%人口的自身免疫性疾病，早期诊断对阻止关节不可逆损伤至关重要。然而现有诊断技术面临两难困境：质谱（MS）虽精准但成本高昂，而电化学/荧光法又难以捕捉早期微弱的代谢物变化。更棘手的是，传统表面增强拉曼光谱（SERS）因信号波动大、基底不均一等缺陷，始终难以实现可靠定量分析。

北京的研究团队在《Biosensors and Bioelectronics》发表的研究中，提出了一种革命性的解决方案——微球阵列纳米孔（NiMA）数字SERS技术。他们创新性地利用飞秒激光通过二氧化硅微球阵列产生光子纳米射流（PNJ），在4微米微球表面刻蚀出直径115纳米、深度600纳米的纳米孔阵列。这种基底经金纳米颗粒修饰后，不仅实现10^-18升的超微量采样，更通过离散分布的纳米孔消除了传统SERS的热点干扰。研究团队从临床获取RA和骨关节炎（OA）患者血清样本，通过定量检测高瓜氨酸、L-色氨酸和L-瓜氨酸三种代谢标志物，最终建立起的诊断模型准确率达88.0%，灵敏度92.9%，为RA早期筛查提供了全新路径。

关键技术包括：1）飞秒激光并行加工制备NiMA基底；2）AuNPs修饰增强SERS活性；3）基于泊松统计的数字SERS（dSERS）算法；4）临床血清样本（RA/OA患者队列）的多标志物联合分析。

【RESULTS AND DISCUSSION】
研究团队通过PNJ调控的飞秒激光多光子电离过程，成功制备出高度均一的NiMA基底。电镜显示纳米孔直径变异系数<5%，金纳米粒子修饰后拉曼增强因子达10⁸。在血清检测中，dSERS技术将传统SERS的强度波动从±35%降至±8%，使低至10^-15 mol/L的色氨酸检测成为可能。

【CONCLUSIONS】
该工作不仅证实NiMA-dSERS在单分子检测中的可靠性，更开创了代谢标志物组合诊断RA的新范式。其飞秒激光并行加工策略（每小时可制备1 cm²基底）为SERS基底的规模化生产指明方向。

【METHODS】
采用PDMS粘附层自组装SiO₂微球阵列，离子溅射10 nm金膜后，用800 nm飞秒激光（脉宽35 fs，能量1.5 mJ/cm²）从基底背面辐照诱导纳米孔形成。血清样本经3000 rpm离心后取上清液直接滴加检测。

这项由Yinzhou Yan团队领导的研究，通过巧妙的"纳米孔限域效应"解决了SERS定量分析的世纪难题。正如通讯作者所述："NiMA就像千万个独立的纳米试管，每个孔都能完成一次精准的分子普查。"该技术现已申请中国发明专利，并开始与北京协和医院合作开展更大规模临床验证。