金纳米星 “变身” 检测卫士，快速揪出细菌病原体

在医疗领域，细菌病原体引发的感染性疾病严重威胁着全球公众健康。像脑膜炎、败血症等，发病急、死亡率高，快速且灵敏地检测出细菌病原体对临床治疗至关重要。但传统检测技术，要么耗时久，要么需要大型设备，难以满足实际需求。如今，一项新研究带来了好消息，研究人员利用金纳米星，开发出一种蚀刻抑制策略，能快速、灵敏地检测细菌病原体，相关成果发表于《Chemical Engineering Journal》。

研究人员的核心 “武器” 是金纳米星，它具有独特的表面等离子体共振（SPR）特性，就像一个精准的 “信号兵”，能将检测信息直观地展现出来。而实现快速检测的关键，在于巯基介导的蚀刻抑制机理。

从图 1 中可以看到，金纳米星经不同配体修饰后，其结构和性质发生了变化。巯基（-SH）含有配体可通过 Au-S 键与金纳米星结合，有效抑制碘化物介导的蚀刻。不同类型的配体，以及巯基的浓度和大小，对抑制表面蚀刻起着重要作用。比如，巯基配体 MBA 修饰的金纳米星，在遇到碘化物时，与未修饰的金纳米星表现大不相同。未修饰的金纳米星被碘化物蚀刻后，颜色从蓝色变为紫色再到红色，尺寸减小，形成球形纳米结构；而 MBA 修饰的金纳米星光谱基本不变，这是因为 Au-S 键的形成，阻挡了碘化物与金纳米星表面的接触，抑制了蚀刻。

图1 巯基介导的快速、灵敏的金纳米星刻蚀抑制用于细菌检测

 不仅如此，配体浓度也会影响蚀刻抑制效果。研究人员选取不同带电性的配体进行实验，发现随着巯基配体浓度增加，金纳米星表面蚀刻逐渐受到抑制，SPR 光谱发生红移。这表明巯基配体浓度与蚀刻抑制之间存在定量关系，在一定浓度范围内，浓度越高，抑制效果越好。配体大小同样不可忽视。引入不同分子量的巯基化 mPEG 修饰金纳米星后发现，随着 mPEG 分子量增大，金纳米星粒径增加，对蚀刻的抑制效果增强。这是因为较大的配体减少了碘化物到达金纳米星表面蚀刻位点的机会，从而抑制了蚀刻。

基于上述机理，研究人员将该策略应用于细菌检测。以革兰氏阴性菌阴沟肠杆菌为例，MBA 作为多功能配体，其硼酸基团能特异性识别细菌，使含巯基的细菌与金纳米星结合，抑制表面蚀刻（图 2a）。随着细菌浓度增加，表面蚀刻受到的抑制增强，SPR 吸收峰红移，通过检测 A₇₆₀/A₅₄₀值，可实现对细菌的定量检测，检测范围为10−10⁵ CFU/mL（图 2c、d）。

图2 基于巯基介导的蚀刻抑制的革兰氏阴性菌的检测

 在临床样本检测中，该策略同样表现出色。检测脑脊液中的脑膜炎奈瑟菌时，先离心分离细菌与干扰物，再利用该策略，检测限低至 2 CFU/mL，且重复性好。对于医院感染常见病原体铜绿假单胞菌，采用适配体特异性识别，在血清中的检测限也为2 CFU/mL ，选择性高。

总的来说，这种基于金纳米星表面蚀刻抑制的策略，凭借巯基配体与金纳米星的相互作用，实现了对细菌病原体的高效检测。它操作简便、响应快速、灵敏度高，为临床诊断提供了一种极具潜力的即时检测平台，有望在未来的医疗领域发挥重要作用。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.148650