摘要：今天分享的是一篇将于 2025 年 12 月发表在中科院化学一区 TOP 期刊《Biosensors and Bioelectronics》（IF=10.5）上题为“Label-free surface-enhanced Raman spectroscopy
今天分享的是一篇将于 2025 年 12 月发表在中科院化学一区 TOP 期刊《Biosensors and Bioelectronics》（IF=10.5）上题为“Label-free surface-enhanced Raman spectroscopy sensing with 3D-Printed Ag-coated Au nanorod microneedles: A Langmuir–Blodgett strategy for on-site pH monitoring”的研究性文章。本文开发了一种基于 3D 打印阶梯状微针的高性能表面增强拉曼光谱传感器，通过 Langmuir-Blodgett 多层涂层技术将银包金纳米棒均匀沉积于微针表面，实现了对罗丹明 6G 的超低检测限及优异的机械稳定性，并借助 4-巯基苯甲酸功能化成功在琼脂皮肤模型和离体猪皮中完成原位 pH 循环监测，为无标记、微创的生物医学实时诊断提供了新平台。
研究亮点
创新微针结构：采用 3D 打印技术制备阶梯状透明微针，结合 LB 涂层实现 GNR@Ag 纳米棒在微针曲面的均匀多层沉积，显著提升 SERS 信号强度。
超高灵敏度与稳定性：在琼脂皮肤模型中检测 R6G 的浓度低至 10-10 M；反复穿刺测试后涂层无脱落，且信号因分析物累积不降反升，证实机械鲁棒性。
原位 pH 监测突破：4-MBA 修饰的微针通过羧酸根基团的拉曼位移响应 pH 变化，在琼脂模型和离体猪皮中均呈现线性关系；支持背向激光激发，实现微针嵌入组织时的原位检测，简化光学系统设计。
临床转化潜力：离体猪皮实验验证了 pH 6.5-7.5 范围内的稳定响应，为实时监测伤口愈合、肿瘤微环境等生理指标提供微创解决方案。
研究背景
表面增强拉曼光谱（SERS）技术凭借其单分子水平的检测灵敏度和无标记分析能力，已成为生物医学检测的重要工具，尤其在食品监测、环境分析和代谢物识别领域展现出显著潜力。然而，针对深层组织生物标志物（如细胞间液 ISF）的原位实时监测仍面临挑战：传统采样方法依赖侵入性抽血或复杂实验室分析，而现有微针传感器虽能实现微创穿透，却受限于纳米粒子涂层不均匀、易脱落或光学设计局限等问题，难以兼顾高灵敏度与机械稳定性。值得注意的是，ISF 蕴含与血液相似的生化信息，如 pH 值可反映伤口愈合、肿瘤微环境状态，但现有技术难以在组织内直接实现多分子同步检测。
为突破上述瓶颈，研究者致力于开发新型微针-SERS 集成平台。尽管近年出现了基于自组装单层或溅射技术的微针传感器，其制备工艺复杂性和涂层可靠性问题仍制约着临床转化。此外，微针透明材料的光学特性未被充分利用，限制了原位检测灵活性；而传统 pH 监测多依赖电化学法，难以获取更丰富的分子指纹信息。因此，亟需一种兼具简易制备、超高灵敏度、强机械鲁棒性及多功能集成的微创传感平台，以满足实时生理监测的临床需求。
本文提出创新解决方案：通过 3D 打印阶梯状透明微针结合 Langmuir-Blodgett（LB）界面自组装技术，在微针表面均匀沉积银包金核壳纳米棒（GNR@Ag）多层结构，并利用 4-巯基苯甲酸（4-MBA）功能化实现 pH 响应。研究系统验证了该传感器对罗丹明 6G（R6G）的超低检测限与反复穿刺下的涂层稳定性，进一步在琼脂皮肤模型和离体猪皮中成功实现原位 pH 循环监测，为无标记、微创的生物医学诊断提供了新范式。
图文赏析
Fig. 1. Schematic illustration of microneedle (MN) fabrication process employing 3D printing and Langmuir–Blodgett (LB) coating.
Fig. 2. The TEM, EDS, UV–vis spectroscopy, DLS, and SEM results for the GNR@Ag core–shell structure and SAM.
Fig. 3. Optimization of GNR@Ag MN SERS sensor.
Fig. 4. SERS performance with R6G in agarose skin phantom.
Fig. 5. pH sensing with 4-MBA functionalization.
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来源：云阳好先生做实事