综述：表面增强拉曼光谱用于外泌体分析：方法与应用

本综述系统评述了表面增强拉曼光谱（SERS）在外泌体分析领域的方法学创新与应用进展。重点阐述了"自上而下"的外泌体指纹图谱分析和"自下而上"的生物标志物分析两大技术路线，展现了SERS技术在外泌体起源追踪、疾病诊断（特别是癌症）以及生物标志物（蛋白、核酸等）检测方面的突破性应用，为液体活检和精准医疗提供了新的技术视角。

　　

SERS用于外泌体指纹图谱分析

外泌体指纹图谱分析是指利用无标记SERS技术捕获外泌体生化组成的整体信息。这种指纹图谱整合了外泌体内脂质、蛋白质、核酸和代谢物等分子的信息，借助SERS的超高灵敏度和分子特异性，提供了一种快速高效的"自上而下"的整体分析视角。与特异性生物标志物检测相比，SERS指纹图谱提供了更全面的分析能力，可结合机器学习算法实现外泌体的高通量分类和识别。

该技术的核心在于SERS基底的设计与优化。近年来研究人员开发了多种专门针对外泌体分析的基底结构，包括贵金属纳米结构、混合材料和三维纳米结构等。这些基底通过局域表面等离子体共振效应显著增强拉曼信号，放大倍数可达百万至十亿级别。特别值得关注的是针对外泌体特性进行的基底优化策略，如尺寸匹配设计、表面化学修饰和微流控集成等，这些策略有效提高了外泌体捕获效率和信号增强能力。

在应用方面，外泌体指纹图谱已成为外泌体的独特"身份证"。通过与机器学习算法结合，该技术已广泛应用于外泌体起源追踪以及癌症和非癌症疾病的诊断。研究表明，不同细胞来源的外泌体具有特征性的SERS指纹，这使得区分正常细胞与癌细胞来源的外泌体成为可能。在癌症诊断领域，基于SERS指纹的机器学习模型在多种癌症类型中显示出优异的诊断性能，曲线下面积（AUC）值通常超过0.9。此外，该技术在非癌症疾病如神经系统疾病、心血管疾病和传染病诊断中也展现出巨大潜力。

SERS用于外泌体生物标志物分析

与外泌体指纹图谱提供全局光谱信息不同，生物标志物分析侧重于检测特定分子标记以追踪关键生物学变化。当前基于SERS的策略主要针对外泌体蛋白质、核酸和其他潜在标志物如糖链进行检测。

蛋白质是外泌体中最具特征性的生物标志物。传统的SERS检测方法通常依赖于抗体-抗原特异性结合的标记策略，通过设计各种信号放大策略实现了单分子水平的高灵敏度检测。近年来，无标记蛋白质检测取得了显著进展，研究人员开发了多种直接检测外泌体表面蛋白质的策略，避免了标记过程带来的复杂操作和潜在干扰。

核酸特别是miRNA作为外泌体的重要功能成分，其检测也受到广泛关注。基于SERS的核酸检测通常采用链置换反应、杂交链反应和催化发夹组装等信号放大策略，实现了attomolar甚至zeptomolar水平的超高灵敏度检测。这些方法为外泌体核酸标志物的临床检测提供了强有力的技术支撑。

外泌体指纹图谱与生物标志物分析的比较总结

外泌体指纹图谱和生物标志物分析各自具有独特的优势和应用场景。指纹图谱作为一种无标记方法，操作简便且能提供整体分子信息，但其信号解释面临挑战，主要源于外泌体指纹的内在复杂性和对信号起源缺乏清晰理解。而生物标志物分析虽然需要复杂的标记过程，但能提供明确的分子信息，具有更好的可解释性。

两种方法在临床应用中呈现出互补性。指纹图谱适用于快速筛查和分类，而生物标志物分析则适用于特定疾病的精确诊断和监测。未来的发展趋势是将两种方法有机结合，充分发挥各自优势，推动外泌体分析技术的临床应用。

挑战与展望

尽管基于SERS的外泌体分析展现出巨大潜力，但其临床转化仍面临若干挑战。首先是对外泌体指纹信号起源的理解不足，这主要源于外泌体指纹的复杂性和对SERS增强机制认识的不完全。其次是技术标准化问题，包括基底制备的可重复性、检测程序的标准化和数据分析的规范化等。

未来研究需要从多个方面推进：深化对SERS增强机制和外泌体指纹起源的理解；开发标准化、可重复的基底制备方法；建立统一的数据采集和分析流程；推动多学科交叉合作，结合微流控、人工智能等先进技术；开展大规模临床验证研究，证明技术的临床实用性和可靠性。

随着这些挑战的逐步解决，SERS技术有望成为外泌体分析的重要工具，为液体活检和精准医疗提供新的技术支撑，最终实现其在临床诊断和治疗监测中的广泛应用。