引言

金黄色葡萄球菌是全球性的重要食源性病原菌，其快速检测对食品安全和公共健康至关重要。最新的表面增强拉曼散射（SERS）技术，结合纳米孔硅材料，提供了一个灵敏且快速的检测方案。

正文

1. 食源性病原体检测现状与需求

金黄色葡萄球菌的污染常见于食品如鱼肉和肉类产品中。食品安全领域亟需一种简便、灵敏且低成本的检测方法来替代复杂的实验室检测手段。传统的培养法耗时较长，而PCR等技术虽然灵敏但成本昂贵且操作复杂。因此，结合SERS技术与纳米孔材料的新方法应运而生，能够在更短的时间内实现准确的检测。

2. SERS技术的工作原理

表面增强拉曼散射（SERS）是一种基于金属纳米材料的技术，能够通过局部表面等离子体共振大幅增强拉曼信号，甚至检测到单分子水平的分析物。银和金纳米材料常被用于SERS基底，而纳米花状银/二氧化硅（Ag NFs@SiO2）结构提供了更强的SERS信号增强效果。通过信号分子4-ATP的释放，结合S. aureus特异性适配体，实现了对病原体的检测。下图1展示了该检测技术的原理，首先采用溶胶-凝胶法合成MSNs，并通过APTES对其表面进行氨基修饰以产生正变化(图1A)。然后，通过振动器振荡将大量4-ATP分子加载到微孔微孔中。之后，带正电的氨基化MSNs的门被带负电的适配体通过静电相互作用阻断(图1B)。当金黄色葡萄球菌加入上述检测系统时，细菌特异性地与适配体结合。这一过程导致包裹适配体的胺化介孔二氧化硅的分解。结果，“门”被破坏，4-ATP分子从MSNs的孔中释放出来，用于SERS检测。在这种情况下，获得的SERS信号与金黄色葡萄球菌浓度成正比(图1C)。

图1. 基于核酸适配体门控MSNs靶响应释放4-ATP分子的金黄色葡萄球菌检测示意图。

3. 纳米孔硅材料的优势

纳米孔硅材料（MSNs）具有高比表面积、可调节的孔径和良好的生物相容性。研究团队使用带有氨基修饰的MSNs将4-ATP装载在其孔隙中，并通过静电作用封闭信号分子。在检测过程中，金黄色葡萄球菌与适配体结合，打开“分子闸门”，释放出4-ATP分子，从而产生可检测的拉曼信号。采用TEM和FE-SEM对AgNFs@SiO₂核壳纳米结构进行了形貌表征。TEM图(图2A)显示，合成的Ag NFs@SiO₂核壳结构均匀，分散性好。同样，FE-SEM图像(图2C)显示AgNFs@SiO₂为球形，表面高度粗糙，由许多不规则突起组成。用能谱分析研究了AgNFs@SiO₂的元素组成。能谱直方图中发现了银、硅和氧的信号(图2D)。图2E为典型的XRD图，揭示了AgNFs@SiO₂的晶体结构和相组成。此外，用0.1 ~ 100 μM不同浓度的R6G表征AgNFs@SiO₂的拉曼能力，如图2F所示。Raman信号强度随R6G浓度的增加而增加，表明AgNFs@SiO₂可以作为快速测定SERS的高活性底物。

图2. AgNFs@SiO₂底物的表征。

4. 实验结果与应用前景

在优化后的条件下，SERS平台在4.7 × 10 至 4.7 × 10⁸ CFU/mL的范围内，显示出良好的线性关系，检测限低至17 CFU/mL（图3）。相较传统方法，该平台在检测时间、灵敏度和选择性上表现突出，并成功应用于鱼肉样本的实际检测，回收率在91.3%到109%之间，展现出其在食品安全领域的广泛应用潜力。

图3. 不同浓度金黄色葡萄球菌的SERS光谱(A)及拉曼强度与金黄色葡萄球菌浓度的相关性(B)。

总结：

基于SERS技术的纳米孔硅材料检测平台为金黄色葡萄球菌的高灵敏、快速定量检测提供了一种创新性解决方案。未来研究应进一步优化多靶标病原体的检测能力，并扩展其在食品安全和其他公共健康领域的应用。随着技术的不断发展，该平台有望成为广泛应用的标准化工具。

参考文献：

Zhu, Afang, et al. "SERS sensors based on aptamer-gated mesoporous silica nanoparticles for quantitative detection of Staphylococcus aureus with signal molecular release." Analytical chemistry 93.28 (2021): 9788-9796.