Surface-Enhanced Raman Spectroscopy for Biomedical Applications: Recent Advances and Future Challenges

材料科学 纳米技术 拉曼光谱 表面增强拉曼光谱 光谱学 工程物理 拉曼散射 光学 工程类 量子力学 物理
作者
Li Lin,Ramón A. Álvarez‐Puebla,Luis M. Liz‐Marzán,Matt Trau,Jing Wang,Laura Fabris,Xiang Wang,Guokun Liu,Shuping Xu,Xiao Han,Liangbao Yang,Aiguo Shen,Shikuan Yang,Yikai Xu,Chunchun Li,Jinqing Huang,Shao-Chuang Liu,Jian‐An Huang,Indrajit Srivastava,Ming Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (11): 16287-16379 被引量:107
标识
DOI:10.1021/acsami.4c17502
摘要

The year 2024 marks the 50th anniversary of the discovery of surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS). Over recent years, SERS has experienced rapid development and became a critical tool in biomedicine with its unparalleled sensitivity and molecular specificity. This review summarizes the advancements and challenges in SERS substrates, nanotags, instrumentation, and spectral analysis for biomedical applications. We highlight the key developments in colloidal and solid SERS substrates, with an emphasis on surface chemistry, hotspot design, and 3D hydrogel plasmonic architectures. Additionally, we introduce recent innovations in SERS nanotags, including those with interior gaps, orthogonal Raman reporters, and near-infrared-II-responsive properties, along with biomimetic coatings. Emerging technologies such as optical tweezers, plasmonic nanopores, and wearable sensors have expanded SERS capabilities for single-cell and single-molecule analysis. Advances in spectral analysis, including signal digitalization, denoising, and deep learning algorithms, have improved the quantification of complex biological data. Finally, this review discusses SERS biomedical applications in nucleic acid detection, protein characterization, metabolite analysis, single-cell monitoring, and in vivo deep Raman spectroscopy, emphasizing its potential for liquid biopsy, metabolic phenotyping, and extracellular vesicle diagnostics. The review concludes with a perspective on clinical translation of SERS, addressing commercialization potentials and the challenges in deep tissue in vivo sensing and imaging.
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