纳米酶赋能 SERS 传感器，实现超灵敏双模细菌检测

细菌感染严重威胁全球公共卫生安全，给医疗系统和社会经济带来沉重负担。早期精准检测病原菌对及时干预和治疗至关重要，但传统检测方法，如细菌培养、酶联免疫吸附测定（ELISA）和聚合酶链反应（PCR），存在检测时间长、操作复杂和抗干扰能力弱等缺陷，限制了其临床应用。

SERS 技术因响应迅速、操作简便、对样本损伤小而备受关注。其中，由捕获模块和信号模块组成的 SERS 三明治传感结构能快速富集细菌并产生检测信号。然而，其对极低浓度细菌的检测灵敏度仍有待提高。

图 1：展示信号模块（MAC）合成、结构及性能表征，如 SEM 图、光谱等，验证其成功制备与细菌识别能力。

研究团队构建的新型传感器由捕获模块和信号模块组成。捕获模块采用细菌物种可识别的适配体修饰的氧化铁磁性纳米颗粒（Fe 3 O 4），能高效富集痕量浓度的病原菌。信号模块则是将等离子体金纳米颗粒负载到具有氧化酶样活性的介孔MnO 2纳米酶中，再经伴刀豆球蛋白 A（Con A）功能化处理，形成高强度 SERS 热点。

图 2：呈现 MnO₂ -Au 氧化 TMB 的机制及性能，证明其氧化酶活性和 SERS 信号放大能力。

实验显示，该信号模块可吸附 SERS 非活性的 3,3',5,5'- 四甲基联苯胺（TMB）分子，并将其氧化为 SERS 活性的氧化 TMB（oxTMB），显著放大 SERS 信号。同时，TMB 从无色到蓝色 oxTMB 的颜色变化赋予传感器比色检测能力。

图 3：展示捕获模块（FA）制备过程、Fe₃O₄纳米颗粒特性及 FA 的细菌富集效果。

在人工样本检测实验中，该传感器对金黄色葡萄球菌展现出超高的双模检测灵敏度，SERS 检测限低至 7 CFU/mL，比色检测限为 30 CFU/mL，且具有良好的选择性和重复性。在高浓度细菌样本检测时，SERS 和比色两种模式可相互验证检测结果；在痕量细菌样本检测中，SERS 模式能实现超灵敏检测。

图 4：体现传感器对人工样本中细菌的 SERS 和比色双模检测性能、选择性及重复性。

图 5：对比高低浓度细菌样本下，双模检测结果与金标准方法，突出双模检测优势。

研究人员还利用该传感器对败血症小鼠血液样本进行检测，结果表明其具有良好的生物相容性，且检测结果与金标准细菌培养法高度一致，回收率达 90%-105%，展现出在临床实际应用中的巨大潜力。

图 6：展示传感器检测败血症小鼠血液样本的过程及结果，验证其临床检测准确性。

这种纳米酶赋能的 SERS 传感器为细菌感染的早期诊断提供了一种快速、准确且超灵敏的检测手段，有望推动临床诊断技术的发展，助力更有效地防控细菌感染性疾病。

参考文献：Ren Z, Wang X, Jia B, et al. Nanozyme-Energized SERS Sensor for Ultrasensitive Dual-Mode Bacterial Detection[J]. ACS Applied Nano Materials, 2025.