分支银传感器提供了更灵敏的基于光的血浆药物测量

药物可以挽救生命，但对于某些药物来说，患者血液中的浓度决定了治疗是否有效或可能出现有害副作用。德国耶拿莱布尼茨光子技术研究所（Leibniz IPHT）的研究人员开发出一种传感器表面，能够高灵敏度检测血浆中的药物，同时比同类银基表面具有显著更高的稳定性。他们的研究成果已发表在《高级科学》杂志上。

即使患者服用相同剂量，血液中的药物浓度也可能有很大差异。因此，监测药物水平在重症医学、癌症治疗和严重感染治疗中尤为重要。如今，治疗性药物监测通常采用先进的实验室方法进行。虽然这些技术非常精准，但需要时间、专业设备和受过训练的人员。

莱布尼茨IPHT的研究人员正致力于用更快、基于光的方法来补充这些方法。该研究所的关键研究领域之一是拉曼光谱学，该技术正被推进应用于癌症和感染诊断领域。该技术利用激光光源根据分子的特征光学特征识别分子。这项新发表的研究采用了一种特别灵敏的变体——表面增强拉曼光谱（Surface enhanced Raman）或SERS。

使微弱信号显现

在拉曼光谱中，激光光与样品相互作用，并以细微的变化返回，这些变化取决于所存在的分子。这些变化形成了特征性的光谱图案，可用于鉴定化学物质。

然而，在血浆等医疗样本中，这些信号通常非常微弱。因此，可靠地检测少量药物仍是一大挑战。

SERS通过使用纳米尺度的金属结构使此类信号可测量。银在这方面尤其有效，但也存在一个缺点：材料暴露在空气中时会逐渐变化。因此，测量性能可能随着时间下降。为了未来在医院和临床实验室的应用，传感器表面必须在储存期间保持稳定，并在较长时间内提供一致的结果。

银质能提供更长时间可靠的测量

为应对这一挑战，由Dana Cialla-May博士和Vladimir Sivakov博士领导的研究团队，以及第一作者Aradhana Dwivedi，开发了一种新的化学方法。研究人员在支撑基底上生长出微小、高度分枝的银结构。在显微镜下，这些结构看起来像微型树木。它们的众多分支创造了众多可以增强分子信号的位点。

该工艺的一个关键环节是硫酸根离子的加入。这些离子同时承担两项功能：引导树突状银结构的生长，并保护其表面免受氧化。结果是一种结合高灵敏度、优异重复性和长期稳定性的SERS底物。

在研究中，传感器表面在标准储存条件下至少保持了七个月的完全功能。研究人员利用包括柏林亥姆霍兹中心BESSY II同步辐射设施的高分辨率X射线光电子光谱等方法，确认了高表面稳定性及强烈SERS响应的起源。

研究第一作者Dwivedi表示：“银是SERS最强效材料之一，但其有限的稳定性长期以来一直是实际应用的障碍。”

“通过我们的方法，我们证明了高度分支的银结构不仅能提供高度灵敏度的测量，还能显著增强强度，”西瓦科夫补充道。

研究组负责人Cialla-May表示：“对于实际应用，仅有灵敏度是不够的。”“关键在于传感器是否能在复杂生物样本中传递可靠信号，并融入现实的临床工作流程。这正是我们希望推动SERS发展的方向。”

Cialla-May专注于基于SERS的生物分析，多年来致力于开发利用光提取生物样本信息的方法。她的研究聚焦于能够揭示微量分子的传感器表面。该研究汇聚了莱布尼茨IPHT密切相关的多个专业领域：材料研究、X射线和拉曼光谱以及生物医学分析。

接受癌症和抗感染药物检测

在他们的研究中，研究人员使用了包括抗癌药物和一种抗生素在内的五种药物，评估了新传感器表面。这些物质最初在水中测量，随后又在人体血浆中测量。

血浆环境尤为复杂，因为它含有蛋白质、盐类及许多其他成分，可能干扰分析测量。研究人员通过简单的样品制备步骤，成功检测出所有检测药物。

研究表明，稳定的银基SERS底物未来有望成为治疗药物监测的重要基石，从而更快地评估药物浓度是否保持在期望的治疗范围内。

“下一步是与临床合作伙伴紧密合作，”Cialla-May说。“我们希望确定哪些临床问题最适合用于SERS，该方法与既有实验室技术的比较，以及如何将其整合进真实的医疗工作流程。我非常乐意与临床研究团队合作，推动这项工作的发展。”

未来的床边应用

在技术能够在患者床边使用之前，还需要进一步的发展。血浆和血清的样品制备必须更加简单，传感器生产必须具备可扩展性和可重复性，并且需要标准化的仪器和测量方案。此外，还必须建立能够可靠识别光信号（理想情况下是自动化方式）的稳健数据分析方法。

便携式拉曼装置可能在此过程中发挥重要作用。在莱布尼茨IPHT，紧凑型拉曼系统已在开发用于近病患诊断，包括与该研究所的RamanBioAssay相关的应用，这是一种基于激光的快速检测，旨在从单样本中识别病原体并确定有效抗生素。

尤其是在危及生命的感染中，这类技术有助于加快医疗决策并改善患者护理。这项新的SERS研究为这一愿景提供了重要组成部分，提供了稳定的传感器表面，最终可与便携式拉曼仪器和简化的现场护理流程结合。

出版信息

Aradhana Dwivedi 等，《硫酸盐导向银树突增强稳定性用于超灵敏 SERS 治疗药物监测》，《高级科学》（2026）。DOI：10.1002/advs.202517092

期刊信息：Advanced Science 

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