乳腺癌的发病率逐年升高,已成为全球第一大癌症。癌症快速筛查以及治疗效果评价是提高癌症生存率和降低死亡率的关键,因此,迫切地需要一种简单快速的方法,对诊断和治疗乳腺癌进行监控,以提升患者的生存率。表面增强拉曼光谱（surface enhanced Raman spectroscopy,SERS）是一种新兴的光谱分析技术,具有快速、灵敏、“指纹图谱”的特征,可在分子水平进行信息检测。本研究利用单细胞SERS技术实现对乳腺癌细胞与正常细胞、不同分子分型乳腺癌细胞的快速鉴别,在此基础上,采用抗癌药物表柔比星处理乳腺癌细胞,利用SERS技术进一步探究药物作用的靶点及药效动力学,为癌症的快速筛查、化疗效果评价及肿瘤异质性研究提供重要参考数据。首先,以金纳米颗粒为增强基底,采用非标记、直接添加金溶胶的手段,利用共聚焦显微拉曼光谱仪观察金颗粒与细胞的结合方式,以及不同粒径金颗粒对细胞拉曼信号的增强作用。研究发现,直接滴加金溶胶到贴壁细胞后,一部分金颗粒会通过细胞内化作用进入细胞内部,短短几分钟后,细胞整体的拉曼信号得到极大地增强,成功建立并优化了单细胞SERS的快速检测技术,为后续研究奠定了基础。其次,采用建立的单细胞SERS技术检测不同类型的乳腺癌细胞,研究发现,不同类型的细胞具有独特的拉曼表型,结合PCA-LDA和OPLS-DA分析,能够快速、准确地识别乳腺癌细胞和乳腺正常上皮细胞以及不同分型的乳腺癌细胞,准确率均在80%以上,为癌症筛查和分型诊断提供了一种快速、无标记和非破坏性的方法。最后,利用表柔比星处理乳腺癌细胞,收集药物处理不同时间的贴壁单细胞SERS图谱,并结合OPLS-DA对光谱信号进行数据挖掘与分析。研究结果表明,药物短时间处理后,细胞形态未出现明显变化前,SERS-OPLS-DA能够敏感、准确地区分药物处理与未处理细胞;随着药物作用时间的延长,大部分贴壁细胞出现脱落、死亡、淘汰,但仍有少数细胞能够“耐受”药物处理,呈现出与未处理细胞相似的SERS表型,预示着乳腺癌细胞群体的异型性特征。非常有意思的是,表柔比星处理乳腺癌细胞12小时即引起生物大分子的特征响应,其中核酸的拉曼特征峰(724 cm-1、735 cm-1)对表柔比星处理最为敏感,特征峰变化较为显著,提示表柔比星的作用靶点是核酸分子,这与其他文献报道相吻合,进一步提示单细胞SERS技术是筛选药物作用靶点的有效技术手段。综上,本研究建立并优化了单细胞SERS检测技术,利用该技术结合多元统计分析,成功实现了对乳腺癌细胞和正常细胞快速鉴别,以及对不同分子分型的乳腺癌细胞的有效区分,从光谱学角度快速鉴定抗癌药物在细胞内的作用靶点,并深入解析药物与细胞相互作用的动态光谱特征变化,为癌症的快速筛查、药物筛选与靶点预测提供新的研究思路。