突破抗生素局限：AI 辅助 SERS 传感 + 光激活抗菌平台亮相，杀菌率超 99%

全球多重耐药菌（MDR）危机日益严峻，2019 年已导致全球超 127 万人死亡，传统抗生素因难以突破耐药机制（如外排泵、酶降解）且对革兰氏阴性菌的不透性外膜束手无策，逐渐失去临床效用。同时，常规细菌检测依赖 48-72 小时的培养流程，严重延误 MDR 感染的救治时机，开发兼具快速诊断与高效杀菌功能的创新方案成为当务之急。在此背景下，研究团队推出 Au@Cu₂₋ₓSe 核壳纳米平台，将人工智能（AI）辅助表面增强拉曼散射（SERS）生物传感与光激活抗菌治疗相结合，构建 “诊断 - 治疗” 一体化范式，为对抗 MDR 细菌提供了全新路径。

该纳米平台的核心是 Au@Cu₂₋ₓSe 核壳结构，通过两步法合成：先制备柠檬酸盐稳定的金纳米颗粒核心，再在还原条件下让 SeO₂与 Cu²+ 离子形成 Cu₂₋ₓSe 壳层，最终经巯基修饰聚乙二醇（SH-PEG）稳定，获得单分散性良好的纳米颗粒。表征显示，其金核心直径约 14.3±1.6 nm，整体粒径 41.7±4.0 nm，壳层中 Cu⁺与 Cu²+ 共存形成的铜空位，为催化活性提供了保障。光学特性上，该材料不仅在 520 nm 处有金纳米颗粒的等离子体峰，还能覆盖全紫外 - 可见 - 近红外光谱，为光响应功能奠定基础。

图一：展示 Au@Cu₂₋ₓSe 的合成流程、微观形貌、元素分布、粒径统计及晶体结构、光学特性表征。

 在抗菌功能上，Au@Cu₂₋ₓSe 实现光热疗法（PTT）与光动力疗法（PDT）的协同作用。808 nm 激光照射下，材料光热转换效率达 41.73%，远高于单一 Cu₂₋ₓSe 的 22%，55 mg/mL 浓度下 2 分钟内即可使局部温度升至 80℃，且经过 5 次循环照射仍保持稳定。同时，材料能高效降解 H₂O₂，产生羟基自由基（・OH）和单线态氧（¹O₂）等细胞毒性活性氧（ROS）。针对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）和多重耐药大肠杆菌（MDR E. coli）的实验表明，激光辅助下 100 μg/mL 浓度的 Au@Cu₂₋ₓSe 杀菌率超 92%，SEM 观察显示细菌细胞膜因热损伤和氧化应激出现明显破损，且该机制不依赖特定靶点，可有效规避耐药性。

图二：呈现 Au@Cu₂₋ₓSe 在 808nm 激光下的光热升温曲线、转换效率、循环稳定性及 ROS 生成检测结果。

传感诊断方面，研究团队制备了大面积均匀的纳米碗阵列 SERS 基底。通过聚苯乙烯微球自组装、电化学沉积金纳米颗粒及模板去除工艺，获得直径约 200 nm 的纳米空腔结构，结合 Au@Cu₂₋ₓSe 形成的等离子体热点，显著增强 Raman 信号。该基底对罗丹明 6G（R6G）的检测限低至 10⁻⁸ mol/L，20 个随机位点的相对标准偏差（RSD）约 10%，展现出优异的灵敏度和均一性。

图三：包含 MRSA 和 MDR 大肠杆菌的菌落生长、杀菌率统计及激光处理前后的细菌 SEM 图像。

为解决光谱复杂性难题，团队开发了 AI 驱动的分析流程：原始光谱经基线校正与平滑预处理后，通过一维卷积神经网络（1D CNN）进行降维与分类。该模型对 6 种致病菌的识别准确率超 95%，其中枯草芽孢杆菌、MDR 大肠杆菌等 4 种细菌实现 100% 精准识别；革兰氏阳性与阴性菌的分型准确率更是高达 99%，对应的 ROC 曲线 AUC 值达 0.999，单次检测仅需 10 秒，大幅缩短诊断时间。

图四：展示纳米碗阵列 SERS 基底的制备、微观结构、R6G 检测灵敏度及信号重现性。 

值得注意的是，在有效抗菌浓度范围内，Au@Cu₂₋ₓSe 对 HaCaT 和 L929 细胞的存活率仍保持在 90% 以上，展现出良好的生物相容性。该一体化平台既突破了传统抗生素的耐药局限，又解决了常规检测耗时久的痛点，其 “快速识别 + 精准杀菌” 的特性，在床旁诊断、感染伤口治疗等场景具有广阔应用前景，为应对全球耐药菌危机提供了极具转化价值的技术方案。

参考文献：Yuan R, Zhan H, Liu Y, et al. Integrating AI-assisted SERS Biosensing and Photoactivated Antibacterial Therapy in Au@ Cu2–x Se for Combating Multidrug-Resistant Bacteria[J]. Analytical Chemistry, 2025.