超敏检测食品中的金黄色葡萄球菌：核-壳纳米探针与SERS信号放大技术

研究背景

在食品安全领域，快速、准确地检测食品中的致病菌是保障公众健康的重中之重。金黄色葡萄球菌（S. aureus）作为一种常见的食源性病原体，其检测技术的研究尤为重要。

本文介绍一种基于核-壳纳米探针和RCA辅助SERS信号放大的新型检测技术，该技术以其高灵敏度和准确性在食品样本中检测S. aureus。

SERS信号放大策略的原理验证

图1展示了RCA辅助SERS信号放大策略的示意图。通过制备DNA功能化的金-银磁性微球（FAA）和ssDNA修饰的Au@NTP@SiO₂（AN@SiO₂）纳米探针，实现了对S. aureus的检测。当S. aureus存在时，Aptamer与cDNA的相互作用触发RCA过程，产生大量重复序列的长单链DNA，这些DNA与AN@SiO₂纳米探针杂交，通过SERS检测实现信号放大。

Fig. 1 Schematic diagram of the RCA-assisted SERS signal amplification strategy for monitoring S. 2 aureus. Preparation procedures of DNA functionalized FAA (A), ssDNA modified AN@SiO2 (B) and 3 SERS detection of S. aureus (C).

S. aureus的检测性能

在不同S. aureus浓度下，SERS强度的变化。随着S. aureus浓度的增加，4-NTP的SERS强度逐渐增加，显示出良好的线性关系（R²=0.9974）。检测限（LOD）为2.0 CFU/mL，远低于传统方法，显示出极高的灵敏度。

Fig. 2 Instructions for the RCA operational procedures (A). Finite element method simulation of the 26 electromagnetic field intensity distribution in FAA/Au NPs (B). TEM images of Fe MMs with 27 varying volumes of Au/Ag NPs (5.0 mL, 10.0 mL, 20.0 mL, and 30.0 mL) (C). SERS spectral 28 recordings in sensing systems with and without target S. aureus bacteria. (D). SERS spectra and 29 intensity of Fe MMs with various volumes of Au/Ag NPs using R6G solution (E and F).

特异性和重复性评估

在存在其他病原细菌的情况下，SERS信号强度的比较显示，该方法对S. aureus具有很高的特异性。同时，通过重复性测试，证明了SERS传感器在S. aureus检测中的稳定性和可靠性。

Fig. 3 Typical SERS spectra recorded by the proposed biosensor for detecting various concentrations 32 of S. aureus (A). The functional relationship between the concentration of S. aureus and SERS 33 intensity (Inset: calibration curve for S. aureus detection) (B). SERS spectra and intensity histogram 34 (inserted images in C) of RCA-assisted SERS signal amplification for S. aureus compared to other 35 bacteria (C). RSD values of SERS spectral intensity from single and multiple biosensors (D).

结论

本研究成功设计了一种基于核-壳纳米探针和RCA辅助SERS信号放大的新型检测方法，该方法依赖于磁性富集、Aptamer识别和RCA信号放大结合SERS增强。

通过磁性分离和Aptamer特异性识别，实现了目标细菌的快速分离，提高了检测效率。结合RCA和SERS的技术显著增强了信号强度，使得即使在极低浓度下也能准确检测S. aureus。

该方法在实际环境和食品样本中检测S. aureus时表现出了良好的线性关系和高回收率，与传统的平板计数方法相比，没有显著差异，证明了其在实际应用中的准确性和精确性。

该RCA辅助SERS信号放大策略能够实现对S. aureus的超痕量检测，并在监测食品和环境基质中的污染物方面具有重要潜力。此外，该方法的灵敏度和特异性超过了传统技术，为多种环境中的病原体检测提供了可靠的方法。

参考文献：Zhu A, Ahmad W, Xu Y, et al. Trace Detection of S. aureus Cells in Food Samples via RCA-assisted SERS Signal Amplification with Core-Shell Nanoprobe[J]. Talanta, 2024: 127458.