在全球食品安全形势日益严峻的当下，如何在复杂的食物矩阵中快速、准确地识别多种致病菌，一直是分析检测领域的难题。传统的培养法耗时漫长，而现有的分子生物学方法往往难以兼顾多重检测的便捷性与现场适用性。近日，发表于《Sensors and Actuators Reports》的一项最新研究，为这一痛点提供了极具潜力的解决方案。来自Volcani Institute与Hebrew University的研究团队开发出一种基于表面增强拉曼光谱（SERS）的新型微阵列生物传感平台，能够以极高的灵敏度和特异性，同时检测食品中的多种致病菌。

一、 核心技术：液-固双相SERS传感机制

这项研究的核心在于构建了一种“间接免疫分析”的信号转导机制，巧妙地结合了液相纳米探针与固相微阵列基底的优势。

该系统采用了“三明治”式的检测策略，但其信号输出逻辑经过了优化。研究人员首先合成了不同粒径的金纳米颗粒（AuNPs），并将其表面修饰上特定的抗体（如抗大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、蜡样芽孢杆菌抗体）以及拉曼报告分子（DTNB）。当这些功能化的AuNPs与食品样本中的目标细菌结合后，会通过注射器过滤的方式将未结合的“游离探针”与“细菌-探针复合物”分离。

图1 金纳米颗粒的功能化过程示意图。代表性图像中展示了其与特定致病菌的相互作用过程。

关键在于，研究团队使用了一种银修饰的多孔硅（Ag-pSi）微阵列作为SERS信号增强基底。只有那些未与细菌结合的游离AuNPs才能被微阵列上的二抗捕获，从而产生强烈的拉曼信号。因此，检测到的信号强度与样本中的细菌浓度呈负相关——细菌越多，游离探针越少，信号越低。这种设计有效地将复杂的样本背景干扰降至最低。

二、 性能卓越：超高灵敏度与广谱适用性

经过对金纳米颗粒粒径（从15nm到103nm不等）、pH值、温育时间等参数的系统优化，研究团队确定了最佳的检测条件。实验数据显示，该平台对大肠杆菌E. coli）、金黄色葡萄球菌S. aureus）和蜡样芽孢杆菌B. cereus）的检测限（LOD）分别低至5 CFU/mL、5 CFU/mL和4 CFU/mL。这一数据意味着，即便是在极低浓度的污染情况下，该技术也能敏锐地捕捉到致病菌的踪迹。

图2 不同菌浓度的表面增强拉曼散射光谱及其对应的校准曲线：(a、d) 大肠杆菌，(b、e) 金黄色葡萄球菌，(c、f) 蜡样芽孢杆菌。 

更令人瞩目的是其广谱适用性。研究团队并未止步于实验室的缓冲液环境，而是选取了包括灌溉水、生菜、大米、鸡肉和牛奶在内的五种复杂基质进行“加标回收”实验。这些样本涵盖了从液态乳制品到固态谷物及肉类的广泛范围。结果显示，该方法在所有测试样本中的回收率均在81.4%至107.1%之间，相对标准偏差（RSD）低于8.5%。这充分证明了该技术在面对油脂、蛋白质等复杂食品成分干扰时，依然能保持卓越的稳定性和准确性。

表1 灌溉水、生菜、大米、鸡肉及牛奶实际样品的加标回收实验结果

三、 应用价值：从实验室走向现场的便携式检测

与依赖大型实验室设备的传统方法相比，该研究采用的便携式拉曼光谱仪（785 nm激光源）配合微流控过滤装置，极大地降低了对操作人员技能的要求，具备了即时检测（POC）的潜力。

通过与现有的SERS检测平台对比（见下表），我们可以清晰地看到该技术的优势：它不仅在检测限上保持了极高水平，更在样本前处理的简便性（仅需注射器过滤）和成本控制（预估单次检测成本低于1.59美元）上取得了突破。

表2 该研究建立的检测方法与当前主流表面增强拉曼光谱（SERS）平台在食品基质中多重致病菌检测方面的对比分析

四、 结语

这项研究不仅展示了一种新型的纳米生物传感器，更为食品安全监控提供了一套标准化的解决方案。通过将多孔硅微阵列与金纳米探针相结合，研究团队成功解决了复杂基质中多重细菌检测的难题。这种高灵敏度、高选择性且成本低廉的检测平台，未来有望广泛应用于农场、加工厂及海关的现场快速筛查，为阻断食源性疾病传播、保障公众健康筑起一道坚实的科技防线。

参考文献：

Muthukumar D, Tamari O, Nirala N R, et al. Multiplex pathogenic bacteria detection in food systems using gold-nanoparticles coupled with porous silicon microarray used as a SERS-transducer[J]. Sensors and Actuators Reports, 2026: 100433.