在全球每年约6亿人感染食源性疾病、42万人死亡的背景下，如何实现对致病菌的“更早发现、更快响应”，正成为食品安全领域的核心问题。传统培养法耗时长，PCR等分子检测虽灵敏却依赖大型设备——而一项最新研究，正在打破这一局限。

近日，来自天津大学的研究团队提出了一种全新的分子检测策略——PASS（PfAgo-triggered and SERS-based triple cascade amplification system），通过整合PfAgo可编程核酸酶 与 表面增强拉曼散射（SERS）技术，实现了对典型食源性致病菌沙门氏菌（Salmonella typhimurium）的快速、超灵敏检测。该技术不仅将检测灵敏度推进到1 CFU/mL（单个细胞级别），还将整体检测时间压缩至60分钟以内，并支持便携式设备读取，为现场检测提供了现实路径。

一、三重放大：让“极低信号”被逐级放大

PASS系统的核心，在于构建了一条从“核酸识别”到“光学信号输出”的三级放大通路：

第一步：LAMP扩增（核酸初级放大）

研究人员首先针对沙门氏菌特异性基因invA进行环介导等温扩增（LAMP），在短时间内获得大量目标DNA，为后续检测奠定基础。

第二步：PfAgo精准切割（信号转导与二次放大）

PfAgo作为一种无需PAM序列限制的可编程核酸酶，能够精准识别目标序列并进行切割，同时触发“连接序列”断裂，将核酸信号转化为可检测的纳米信号。这一过程不仅放大信号，还具备“二次校验”作用，有效降低假阳性。

第三步：SERS纳米增强（光学信号极限放大）

通过将金纳米颗粒（AuNPs）与银纳米颗粒（AgNPs@PVA）进行简单混合，形成所谓的“增强-混合型纳米SERS（EbM nSERS）”，在纳米间隙产生大量“热点”，使拉曼信号强度提升30倍以上。

三重机制叠加，使得原本微弱的核酸信号被逐级放大，最终实现“单菌可检”。

二、性能突破：灵敏度、准确性与速度同步提升

在性能评估中，PASS平台展现出显著优势：

检测下限：1 CFU/mL（单细胞水平）

动态范围：10²–10⁸ CFU/mL

检测时间：约60分钟（从样本到结果）

灵敏度：约为传统qPCR的100倍，在对比实验中，传统TaqMan qPCR的检测下限为100 CFU/mL，而PASS显著降低了检测阈值。

更值得关注的是其准确性表现：在24个随机双盲样本测试中，PASS实现了100%检测准确率（24/24），优于LAMP和qPCR方法（准确率约87.5%–91.6%）。同时，其特异性也得到验证：在多种细菌、真菌及细胞混合体系中，仅沙门氏菌产生显著信号，显示出极高的选择性。

图1 PASS生物感应示意图，用于沙门氏菌的准确定量^[1]

三、从实验室走向应用：真实样本验证表现稳定

为了验证实际应用能力，研究团队在多种食品和复杂基质中进行了测试，包括：鸡蛋、牛奶、橙汁、羊血。结果显示，该方法在所有样本中均能稳定检测到1 CFU/mL的沙门氏菌，并清晰区分阳性与阴性样本。在30个真实样本检测中，PASS结果与qPCR高度一致，进一步证明其在实际场景中的可行性。这意味着，该技术有望直接应用于：食品生产与加工监控、冷链与流通环节抽检、应急疫情筛查、环境与水体病原监测。

四、技术意义：开启“可编程核酸检测+纳米光学”新范式

与当前主流的CRISPR检测相比，PfAgo体系具备一个重要优势——不依赖PAM序列限制，在目标选择上更灵活。而与传统SERS方法相比，本研究提出的“混合增强”策略无需复杂纳米结构合成，仅通过物理混合即可获得更强信号，这在成本和可推广性上具有明显优势。更关键的是，PASS实现了三大能力的统一：高灵敏度（单细胞级检测）、高准确性（双重校验机制）、高便携性（适配手持拉曼设备）。这使其成为连接“实验室分子诊断”与“现场快速检测”的关键桥梁。

五、未来展望：不仅限于沙门氏菌

研究团队指出，该平台具有良好的可扩展性，通过更换引导序列（guide DNA），理论上可用于检测：其他食源性致病菌（如大肠杆菌、李斯特菌）、病毒核酸（如呼吸道病毒）、耐药基因与突变位点。随着便携设备和自动化系统的发展，这类技术有望成为下一代分子检测核心平台，在公共卫生与食品安全中发挥更大作用。

参考文献

[1] Lu, M., Li, X., Liu, J., Mao, Y., Zhang, Q., Man, S., Peng, W., Ma, L. Argonaute-triggered and enhancement-by-mixing nano-SERS-transduced triple cascade amplification strategy: Transforming ultrasensitive molecular detection of foodborne pathogenic bacteria. Journal of Hazardous Materials, 2025, 497: 139669.