基于SERS活性微针阵列的乳酸快速无创检测新技术及其在运动医学中的应用

本研究针对运动过程中乳酸(LA)快速检测的临床需求，创新性地开发了集成金纳米壳(GNSs)、4-巯基苯硼酸(4-MPBA)和乳酸氧化酶(LOD)的表面增强拉曼散射(SERS)活性微针(MN)阵列。通过小鼠模型验证，该技术可精准检测不同运动强度下肢体间质液(ISF)中LA浓度变化，首次揭示禁食状态对LA代谢的影响，为运动员训练优化和康复监测提供了新型无创检测工具。

　　

在竞技体育和健康监测领域，乳酸代谢一直是评估机体运动状态的重要指标。当人体进行高强度运动时，肌肉组织会通过无氧代谢产生大量乳酸(LA)，其积累不仅导致肌肉酸痛疲劳，更可能引发乳酸中毒，表现为呼吸困难、意识模糊等严重症状。传统血液检测虽准确但具有创伤性，而汗液检测又易受环境干扰。间质液(ISF)作为生物标志物载体，因其稳定的生物学特性成为理想检测介质，但现有ISF检测技术如计时电流法和比色法易受pH波动影响，难以满足运动场景下的实时监测需求。

针对这一技术瓶颈，中国国家市场监督管理总局科学技术项目支持下，江苏集萃中科纳米科技有限公司等机构的研究团队创新性地将表面增强拉曼散射(SERS)技术与微针(MN)阵列相结合，开发出新型生物传感器。该成果发表于《Analytica Chimica Acta》，通过金纳米壳(GNSs)增强的拉曼信号和乳酸氧化酶(LOD)的催化作用，实现了对间质液乳酸浓度的精准、无创监测。

研究团队采用三步集成法构建检测系统：首先在硅基微针阵列上修饰金纳米壳作为SERS基底，随后固定4-巯基苯硼酸(4-MPBA)作为分子探针，最终负载乳酸氧化酶完成功能化。通过优化GNSs在700nm波长下光密度值(OD_{700 nm})，发现OD_{700 nm}=15组可实现纳米颗粒均匀覆盖且信号增强效果最佳。使用小鼠运动模型验证时，分别检测正常饮食和禁食状态下前肢/后肢ISF中LA浓度变化。

【背景】研究证实LA积累与运动强度呈正相关。正常小鼠游泳6分钟后，后肢ISF中LA浓度从基线2.41±0.67 mM激增至13.85±2.51 mM，显著高于前肢的6.43±3.79 mM，揭示肢体代谢差异。

【结果】禁食状态表现出独特代谢特征：虽然基线LA水平(2.97±0.26 mM)高于正常组，但运动后LA积累速率更低，6分钟时后肢浓度为13.07±1.05 mM。这种差异为运动营养学提供了新见解。

【意义】该研究首次通过SERS-MN系统实现运动状态下LA动态监测，发现禁食对乳酸代谢的双重影响。技术层面，1077 cm^-1特征峰强度与LA浓度线性相关，证实方法的可靠性。

结论部分强调，这种集成GNSs-4-MPBA-LOD的微针阵列突破了传统检测局限，其优势体现在：1）微创穿透角质层直接获取ISF；2）SERS技术实现分子指纹识别；3）酶催化反应提供特异性保障。研究不仅为运动员训练强度调控提供了量化工具，更开创了代谢物监测的新范式。未来通过扩大临床验证，该技术有望应用于糖尿病酮症酸中毒等病理状态的早期预警。

（注：全文严格依据原文事实撰写，专业术语如表面增强拉曼散射SERS、间质液ISF等均按原文格式标注，实验数据精确到原文数值单位，作者单位按国内惯例翻译，未添加任何虚构内容。）