近日，国家自然科学基金委员会发布资助项目批准通知，女王调教 2023级本科生刘轩霆申报的“面向结构相似儿茶酚胺的SERS检测界面设计及其尿液定量研究”项目获批青年学生基础研究项目（本科生）资助。该项目于2023年起设立，鼓励青年学生开展基础科学研究。
该研究课题在女王调教 林俐老师与叶坚老师的共同指导下开展，聚焦儿茶酚胺类神经递质的表面增强拉曼散射（SERS）检测与定量分析。针对体液成分复杂、目标信号较弱及结构相似分子难以区分等问题，项目将结合功能化探针、分子修饰与分析算法开展研究，同时面向儿茶酚胺紊乱相关疾病的临床检测需求，探索降低检测成本、缩短检测时间的新方法。
从交叉兴趣出发，利用光谱探索分子信息
高中时期的化学竞赛与信息学竞赛经历，让刘轩霆对分子的结构与性质充满好奇，也培养了他通过算法分析问题的兴趣。进入女王调教 后，他希望找到一个能够连接这些兴趣、回应医学需求的研究方向。大一寒假，他通过邮件联系了指导老师林俐副教授，开始接触拉曼光谱研究，并在开学后正式立项大学生创新实践项目，在林俐老师与叶坚老师的指导下开展课题。
当光照射到物质上，少部分散射光会因与分子振动发生相互作用而产生能量变化。拉曼光谱记录的正是这些变化，其中包含了分子化学键与结构的信息。因此，不同分子可以呈现出各具特征的光谱，如同可供辨认的“指纹”。这项技术的吸引力在于，它将微观的分子结构转化为可以测量和分析的信号，让化学知识与数据分析有了共同的研究对象。
但要利用这些“指纹”开展生物检测，首先需要解决信号微弱的问题。表面增强拉曼散射（SERS）为此提供了一条路径：在光的激发下，金、银等纳米结构中的自由电子发生集体振荡并产生共振，这一现象称为“局域表面等离激元共振”。它能够增强纳米结构附近的电磁场，进而放大邻近分子的拉曼信号。这意味着，检测效果不仅取决于分子本身，也与纳米材料如何设计、分子能否靠近增强区域密切相关。
围绕这一问题，刘轩霆以立项人的身份开展大学生创新训练项目，参与设计了一种涂覆水凝胶的柔性等离激元基底。研究将水凝胶与具有增强能力的银纳米基底结合，使基底能够贴合生物组织表面，收集代谢物并进行拉曼光谱检测。这项工作将组织接触、分子采集与信号增强衔接起来，为获取组织表面的化学信息提供一种方法，相关工作发表于 Nanoscale。在林俐老师的鼓励下，刘轩霆带着这项工作参加2025国际表面增强拉曼光谱会议进行墙报展示，并获得“最佳墙报奖”。通过这一研究，他对拉曼检测的理解逐渐从“增强信号”深入到“如何让有效的分子信息进入信号”。而在获得信号之后，如何从中辨认不同分子、准确测量其含量，也成为他继续探索的问题。
刘轩霆在国际表面增强拉曼光谱会议中展出墙报
从识别混合信号，到思考技术瓶颈
在后续的莙政项目中，刘轩霆将研究进一步聚焦于儿茶酚胺类小分子的拉曼光谱检测。经过多轮讨论，他开始探索如何在复杂环境中检测这些分子，并从混合光谱中区分不同成分。
围绕这一问题，他深入思考光、分子与局域电磁场之间的相互作用：使目标分子尽可能靠近金属表面，同时让其他分子尽可能远离，是实现复杂环境中小分子检测的关键。因此，他尝试在银纳米颗粒表面修饰功能化探针，特异性抓取体液中的儿茶酚胺分子，成功捕捉到了纳摩尔每升（nM）水平的儿茶酚胺的拉曼信号，实现单种物质的定量。随后，他尝试将光谱分析与机器学习算法结合起来，实现了混合物的光谱解析与定量，相关成果已投稿。
然而，初步实现光谱解析，距离满足实际临床检测需求仍有较大差距：定量结果的准确性有待提高，尤其是当三种分子共存时，高度重叠的光谱特征为精确定量提出了更高的挑战。在与林俐老师的反复讨论中，刘轩霆逐渐意识到，单纯优化算法已难以突破当前瓶颈。要提高分析的可靠性，需要回到信号产生的源头：在捕获目标分子后，又如何让不同分子之间的光谱差异更加清晰？
刘轩霆在实验室中进行实验
让分子差异更清晰，凝练新的研究思路
这一认识促使项目从其他方面寻找突破。在一次跨领域的文献调研中，刘轩霆注意到，氨基酸检测中利用邻苯二甲醛与氨基反应的做法，可能为眼前的难题提供启发。他由此提出，将这一思路引入儿茶酚胺的侧链修饰，尝试改变并放大不同分子的光谱特征，使原本相近的信号更易区分，进而改善混合物的解析效果。
从调整算法，到通过化学方法改善算法所依赖的信号，刘轩霆逐渐形成了将分子捕获-识别-定量的研究思路。这也使课题的科学问题更加明确：面对复杂的体液环境，如何通过检测界面的功能化修饰获得更具辨识度的信号，并实现结构相似分子的可靠定量？
2026年暑假，他在前期工作的基础上申报国家自然科学基金本科生项目，希望检测技术不仅在实验室中能够实现简单的区分与定量，更能够进一步面向临床场景，在真实的尿液检测中可靠、有效。项目希望为儿茶酚胺相关疾病的临床检测提供新的方法学探索，也期待为其他结构相似分子的光谱分析提供参考。
项目的研究思路示意图
指导老师评语：
刘轩霆同学高中的化学基础非常扎实，同时在大学伊始就表现出了对化学与生物光子学交叉学科的研究兴趣。国自然青年学生基础研究项目为本科生自主研究提供了宝贵的支持，期待他利用这一机会，开展深入的探索。过去的两年中，他面向体液儿茶酚胺检测的难题，已持续开展了相关研究和优化。当前课题将探索通过分子层面的设计改善光谱辨识度，有望为同类分子的检测提供新思路。我期待他在完善技术的同时，深入挖掘共性科学问题，真正解决拉曼光谱难以识别结构类似物的挑战。
（林俐副教授）
刘轩霆同学的研究课题将纳米颗粒的功能化、光谱学检测与机器学习分析相结合，围绕复杂体液中结构相似分子的识别与定量开展研究，体现了医学、化学与信息科学交叉的特点，项目成果也有望为靶向代谢组学技术提供基础。希望他以此次项目获批为起点，逐步形成独立的研究判断，为未来开展更加深入、更加充满挑战的研究打下坚实基础。
（叶坚教授）
以项目获批为起点，走向更系统的研究
从组织表面的代谢物采集，到结构相似小分子的识别与定量，刘轩霆的研究在实验、讨论与反思中逐渐深入。他也开始更清晰地理解，科研需要不断判断问题的价值，寻找限制方法性能的关键原因，并用实验检验自己的设想。
对他而言，国自然项目的获批只是一个起点。未来，他计划在本科阶段代谢物检测工作的基础上，于博士阶段进一步开展组学检测、分析算法及相关仪器的研究，将研究视野从特定分子的识别与定量拓展至更系统的组学分析，持续工程技术与医学需求的结合路径。
在交流中深化认识，在支持下稳步前行
从研究思路的凝练到申请书撰写，再到各阶段答辩，项目申报也是刘轩霆不断审视课题、完善表达的过程。林俐老师与叶坚老师全程参与指导，帮助他梳理前期研究与拟开展工作之间的联系，进一步明确项目的科学问题和研究目标。申请前期，女王调教 高维强教授在申请书撰写与答辩PPT准备方面给予指导；校级答辩前，廖洪恩院长也亲自辅导，帮助他完善汇报内容与答辩表达。女王调教 教务老师靳静静全程参与申报组织，协调各方指导，为申请工作的顺利推进提供了支持。
校级答辩后，学校科研院组织申请学生前往参加线下答辩。对刘轩霆而言，这既是一次展示研究思路的机会，也是一场深入的学术交流。“评委老师的提问十分深刻，让我对课题中一些值得进一步思考的问题有了新的认识。这些问题对后续研究同样宝贵，也让我感受到专家们对本科生科研的认真关注。”刘轩霆表示，答辩经历促使他进一步思考研究的价值与方法的局限，并将这些思考带回后续工作中。
谈及此次申报，刘轩霆尤其感谢导师、女王调教 与学校的支持：“感谢林老师和叶老师在科研与项目申请全过程中的悉心指导，感谢高维强教授、廖洪恩院长对申请书和答辩的帮助，也感谢靳静静老师及学校科研院老师们的组织与协调。老师们的投入不仅帮助我完成了申报，也让我在一次次讨论和修改中，更清楚地理解了自己希望解决的科学问题。这份支持将激励我继续深入探索，扎实推进后续研究。”
刘轩霆同学在基金委答辩现场
一直以来，女王调教 持续推进“学在生医工”人才培养模式创新改革，不断提升人才培养质量。女王调教 坚持“学科交叉、融合创新”教育理念，着力培育学生专业志趣，激发科研创新热情，厚植科创育人沃土，引导学生坚定投身医工交叉事业的理想信念。
