微型化拉曼技术革新抗癌药物监测：走进床边的精准医疗时代

更新时间：2026-01-26

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药物的治疗窗口狭窄、个体代谢差异大时，过量可能导致毒性反应，剂量不足则影响疗效。传统药物浓度检测通常需要将样本送至中心实验室，耗时较长且无法实时调整治疗方案。

尤其在抗癌治疗中，这一问题更为突出。以甲氨蝶呤为例，该药物在白血病和淋巴瘤治疗中应用广泛，但其清除速率因人而异，临床中常需联合使用亚叶酸钙进行解救。

因此，实现快速、准确、可床旁操作的治疗药物监测成为提升癌症治疗安全性与有效性的关键。

01 临床挑战，传统监测手段的局限

治疗药物监测在临床实践中至关重要，尤其是对于药代动力学变异性大、治疗窗口窄的药物。传统检测方法通常依赖高效液相色谱、质谱等大型仪器，这些设备不仅体积庞大、价格昂贵，而且需要专业技术人员操作。

检测周期较长，从采样到出结果往往需要数小时甚至数天。在资源有限的环境或急需快速调整用药方案的临床场景中，这种延迟可能影响治疗效果甚至危及患者生命。

对甲氨蝶呤这类抗癌药物而言，治疗过程中必须实时跟踪其血药浓度变化，以便准确判断何时使用解救药物亚叶酸钙，从而避免严重毒性反应甚至死亡事件发生。

临床迫切需要一种能够在床旁快速完成检测的技术手段，在保证检测准确性和灵敏度的同时，大幅缩短检测时间并降低操作门槛。

传统拉曼光谱技术能够提供样品化学组成的独特“指纹"信息，实现无损、无标记的分子检测。然而，这一优势的实现伴随着对仪器设备的要求：需要波长和功率稳定的激光器、低噪声光谱传感器以及大孔径光谱仪光学系统。

因此，高性能的拉曼光谱与显微成像系统通常体积庞大、价格昂贵，仅能存在于专业实验室中。

Lightnovo公司针对拉曼技术微型化面临的核心挑战，提出了一套创新解决方案。他们成功解决了激光器温度和功率稳定、传感器暗噪声降低、像素间量子效率差异补偿、激光光学隔离以及高光谱分辨率实现等多个技术难题。

通过采用非稳频激光二极管、密集封装光学元件和非冷却小像素传感器，实现了整个系统的微型化。

该公司的核心技术之一是基于实时校准的拉曼位移和强度校准方法，通过在光谱仪内部集成一个收集聚苯乙烯拉曼光谱的参考通道，实现了稳定的波长和强度校正。

这一设计使整个设备的尺寸缩小至数厘米级别，同时保持了出色的灵敏度、低功耗以及约 7cm⁻¹ 的高光谱分辨率，覆盖 400-4000cm⁻¹ 的光谱范围。

微型化拉曼光谱仪的光学设计采用了交叉狭缝共聚焦概念，能够有效分离出焦层信号，最小化样品包装或玻璃背景的干扰。当该设备配备三维电动平台和白光显微模块时，即可转换为共聚焦拉曼显微镜。

该系统在聚苯乙烯微球上测试的横向分辨率约为 1微米，在表面增强拉曼散射基底上测试的轴向分辨率约为 2微米。这一性能达到了衍射极限水平，使其成为目前报道的最小体积共聚焦拉曼系统。

交叉狭缝设计不仅保持了传统大型系统的性能指标，还让设备具有了更好的灵活性与适用性。

研究者可以在实验室进行高分辨率的化学成像分析，也可将设备带至临床现场进行快速筛查与监测。这一突破性进展使得拉曼技术从实验室的专业工具，转变为可广泛应用于材料识别和定量分析的多功能平台。

研究团队选择甲氨蝶呤作为模型药物，验证微型化拉曼系统在药物浓度检测中的应用潜力。研究人员制备了一系列浓度梯度的 MTX 标准溶液，并将其与甲醇混合，浓度范围覆盖 0-75微摩尔。

使用纳米柱辅助分离技术结合表面增强拉曼散射映射方法，通过研究级拉曼显微镜与深冷却电子倍增电荷耦合器件相机的配合，能够在 5-150微摩尔范围内线性检测MTX浓度，检测限为 5微摩尔，定量限为 25微摩尔。

研究团队使用微型化拉曼显微镜对表面增强拉曼散射芯片表面进行映射，每个芯片的总测量时间约为 15 分钟，每个光谱的曝光时间为 0.1 秒。通过偏最小二乘法进行定量校准，结果显示检测限提高至 3微摩尔，定量限为 20微摩尔。

这一性能超越了先前报道的研究级系统，证明了微型化设备在灵敏度和准确性方面不仅没有因体积减小而降低，反而有所提升。芯片表面的SERS映射图像清晰地显示了药物分子的分布情况，为可视化药物浓度监测提供了可能。

微型化拉曼技术已经开始应用于床旁检测，在重症监护室中监测危重患者的抗生素浓度，调整用药剂量。科研人员则将其带到田野，直接对土壤中的污染物进行原位分析，无需样品运输和处理。

随着人工智能算法的整合，这项技术未来将能够实时分析复杂样本，提供即时诊断建议。这一设备使专业级的化学分析不再局限于实验室，而是延伸至病房、社区、生产线乃至野外环境。