多功能MoS2@AuNSs纳米片作为SERS和光热标签，用于单细胞细菌检测和原位灭活

  临床致病菌，如大肠杆菌O157：H7、结核分枝杆菌和脑膜炎奈瑟菌，对公众健康构成重大威胁，这些微生物引起的传染病患病率增加就是证明。快速灵敏地测定病原体，对临床诊断和感染控制至关重要。传统的致病物质检测方法，如聚合酶链反应(PCR)，免疫学测定和基于培养的方法，存在许多局限性，例如周转时间长，操作费力以及需要训练有素的人员。因此，迫切需要制定快速和灵敏的病原体测定策略。

  表面增强拉曼散射(SERS)由于其无损指纹信息、超灵敏和无创检测，已成为一种有前途的病原体快速检测技术。目前，基于SERS的病原体检测有两种策略：无标记和基于标记的方法。基于SERS的无标记方法对于鉴定病原体具有吸引力，可以直接获得细菌或细菌代谢物固有的拉曼散射信号。然而，检测固有拉曼信号低的细菌具有挑战性，并且该方法容易受到环境因素的影响，限制了病原体检测的准确性。近年来，提出了一种直接、快速和无试剂的基于冷冻的标记方法，通过冷冻方法将DNA或RNA标记到AuNPs表面。然而，迄今为止，还没有已发表的研究探索了AuNPs上适配体和拉曼信号分子的同时修饰。因此，本研究报道了使用共冷冻方法成功标记适配体/5，5′-二硫代双-(2-硝基苯甲酸)(DTNB)/AuNP。

  磁性纳米颗粒(MNPs)因其可控的热点和良好的生物相容性而被广泛研究为SERS活性底物。MNP与抗体、适配体或抗生素等生物识别分子相结合，能够有效地从复杂样品中提取和分离靶标，从而提高灵敏度并缩短检测时间。然而，这些生物识别分子具有一些缺点，包括价格昂贵，具有单一的检测靶标或难以制备。凝集素因其低成本、高稳定性和对细菌的强结合亲和力等优点，已成为捕获致病菌的有前途的替代品。来自小麦(WGA)的小麦胚芽凝集素是一种常见的凝集素，与N-乙酰基-D-葡萄糖胺特异性结合，N-乙酰基-D-葡萄糖胺在细菌细胞壁上高度表达，包括革兰氏阳性和革兰氏阴性菌。基于这些研究，WGA修饰的RAuMNP可以作为捕获和富集目标病原体的理想工具。

  方法：提出了一种基于快速灵敏的表面增强拉曼散射(SERS)的生物传感器用于病原体检测。生物传感器利用小麦胚芽凝集素(WGA)修饰的覆盆子状Fe3O4@Au磁性纳米颗粒(RAuMNPs)作为捕获元件来富集目标病原体，并使用共冷冻适配体/5，5′-二硫代双-(2-硝基苯甲酸)(DTNB)/金纳米颗粒(AuNPs)标签作为信号源。与传统的AuNPs标签相比，通过共冷冻制备的适配体/DTNB标签易于制备，稳定性高，对目标细菌具有高亲和力，联合共冷冻SERS标签和RAuMNPs-WGA显著提高了所提出的SERS平台的分析灵敏度。

  图1.基于共冷冻SERS标签的SERS平台示意图，用于大肠杆菌O157：H7检测。

  图2.拟议的基于SERS的平台的分析性能

  结果：使用RAuMNPs-WGA和共冷冻SERS标签进一步定量检测目标细菌。不同浓度(10-10⁶细胞/mL)的大肠杆菌O157：H7用于定量测试。SERS信号随着大肠杆菌O157：H7浓度的增加而逐渐增加，如图6A所示。1334 cm⁻¹处的典型拉曼光谱选择SERS标签来建立线性关系。SERS强度在大肠杆菌O157：H7的对数浓度范围内表现出良好的线性，从10 CFU/mL到10⁶CFU/mL，具有线性相关值(R²)为0.998，检测限(LOD)为8 CFU/mL。

  结论：提出了一种灵敏而直接的SERS生物传感器，它结合了RAuMNPs-WGA和共冷冻SERS标签。RAuMNPs-WGA能够快速富集样品中的细菌，与传统SERS标签相比，共冻SERS标签表现出更好的结合能力和更好的稳定性。这种组合导致拟议的SERS平台在广泛的目标细菌浓度范围内显示出良好的线性响应(10-10⁶ CFU/mL)。通过成功检测三种样本(人血清、尿液和脱脂牛奶)中的大肠杆菌 O157：H7菌株以及检测结核分枝杆菌DNA的能力，验证了该生物传感器的临床实用性。本研究表明，共冷冻方法首次成功应用于在30分钟内组装SERS标签，并将这些SERS标签与WGA修饰的RAuMNPs集成，以实现快速高效的病原体检测。

  参考来源： Xiao Y, Liu W, Zhang Y, et al. Simple and rapid co-freezing construction of SERS signal probes for the sensitive detection of pathogens[J]. Chemical Engineering Journal, 2023, 466: 143066.