导读

多发性骨髓瘤（Multiple Myeloma, MM）是一种由骨髓中浆细胞恶性增殖引发的血液肿瘤，占所有癌症的1.8%。据2020年统计，全球每年新增病例超17.6万，死亡人数高达11.7万，患者五年生存率在早期（I期）可达80%，但若延误至晚期（III期）则骤降至58%。由于MM早期症状隐匿（如骨痛、贫血），患者确诊时多已伴随严重器官损伤，因此开发快速、精准、低成本的筛查技术成为提高生存率的关键。

目前，MM诊断依赖骨髓活检、血清蛋白电泳、影像学检查等组合手段，单次检测成本超千元，且需数日等待结果。在医疗资源匮乏地区，这类方法难以普及，患者常因诊断延迟错过最佳治疗窗口。

表面增强拉曼光谱（SERS）技术虽能通过纳米结构放大分子信号，但其临床应用面临两大瓶颈：一是复杂血清成分干扰：血液中蛋白质、脂类等分子拉曼峰重叠，目标标志物（如单克隆免疫球蛋白）信号易被掩盖；二是高成本技术依赖：金纳米粒子基底制备复杂，高精度冷却探测器价格昂贵，难以基层推广。

针对上述难题，俄罗斯萨马拉大学团队提出了一种革新方案：利用自组装银纳米颗粒基底结合机器学习算法，仅需2 μL血清、30分钟即可完成MM诊断，准确率超96%，成本远低于传统SERS技术。该研究以“SERS-based technique for accessible and rapid diagnosis of multiple myeloma in blood serum analysis”为题发表于Light: Advanced Manufacturing，该研究基于血清SERS技术，在开发低成本、高精度且无创的MM诊断方法方面迈出了重要一步。

小百科：什么是SERS？

SERS是一种通过金属纳米结构（如银、金颗粒）放大拉曼信号的技术。当光照射到纳米结构表面时，局域表面等离子体共振效应可将分子振动信号增强数百万倍，从而检测到极低浓度的生物标志物。传统拉曼光谱因信号弱难以直接用于临床，而SERS通过“信号放大”解决了这一难题，成为癌症、神经退行性疾病等诊断的新希望。

低成本银基基底设计

传统SERS基底依赖金纳米颗粒或复杂结构，成本高且工艺繁琐。研究团队创新采用银胶体自组装技术，通过干燥银胶体形成200 nm银颗粒聚集体，结合硝酸钠晶体的毛细效应，构建高稳定性基底（图1b）。该基底无需精密加工设备，仅需室温干燥即可完成，制备成本很低。

图1：基于银基底的SERS用来激发和记录血清特征

机器学习精准分类——从复杂光谱中提取“分子指纹”

针对血清成分复杂、光谱重叠的难题，团队引入偏最小二乘判别分析（PLS-DA）算法，从517–1913 cm^-1范围内筛选出三个关键特征峰：635 cm^-1（尿酸）、723 cm^-1（次黄嘌呤）、1052 cm^-1（未知标志物）。模型通过25次迭代优化，避免过拟合。

实验中训练集准确率99%，测试集保持96%，ROC曲线下面积（AUC）达0.99，灵敏度95%，特异性97%，而1052 cm^-1峰与MM患者肾功能损伤指标显著相关（P<0.01）。

图2：分辨模型的参数与表征

无标记快速检测

摒弃传统标记法和复杂预处理，仅需2 μL血清样本，干燥后直接检测。采用785 nm激光激发，非冷却探测器降低成本，30分钟内完成全流程。与骨髓活检结果对比，诊断一致性达94%（31例MM患者），102例对照组（含心脏病患者）中无假阳性，特异性优异。

图3：模型建立流程图

总结与展望

尽管该技术展现出高精度与低成本优势，临床应用仍面临多重挑战：首先，血清中代谢物复杂多样，1052 cm^-1峰尚未明确生物标志物归属，需结合质谱等跨平台技术解析；其次，银纳米基底长期稳定性不足（氧化问题），需开发抗氧化包覆层或替代材料（如金/银合金）；此外，当前样本量较小，需联合多中心扩大验证，并纳入其他血液疾病患者以排除干扰。该技术有望集成至便携设备，推动偏远地区癌症筛查的普及。（来源：先进制造微信公众号）

相关论文信息：https://doi.org/10.37188/lam.2025.035