Anal. Chem. | 催化放大-SERS双功能纳米酶用于沙门氏菌的高灵敏检测

以下文章来源于纳米酶 Nanozymes ，作者纳米酶Nanozymes

引言

食源性致病菌是引起食源性疾病的首要原因具有致病剂量低、感染风险大等特点，对消费者生命健康具有重大威胁。实现食品中致病菌高灵敏检测对于保障食品安全具有重要意义。表面增强拉曼光谱（SERS）具有灵敏度高、检测快速等优势，是理想的致病菌检测方法之一。根据探针上有无修饰拉曼信号分子，SERS可以分为标记法SERS和无标记SERS。其中，无标记SERS稳定性好、重现性好，在复杂样品快速检测中具有显著优势。然而，无标记SERS增强的是靶标物的本征信号，往往灵敏度较低，在实际样品检测中应用受限。

针对上述问题，武汉市农业科学院环境与安全研究所王利华团队设计合成了具有催化信号放大和原位SERS增强双重功能的纳米酶。该纳米酶由充当核的纳米金和超薄的铂壳层（约1 nm）组成。其中，超薄的铂壳层能够将无拉曼活性的底物TMB催化为具有拉曼活性的TMB氧化物（oxTMB），显著提高检测体系中拉曼信号分子的数量；同时，核结构的纳米金作为SERS增强基底，能够进一步原位增强oxTMB的信号，进而显著提高检测灵敏度。作者将这一双功能纳米酶与磁分离技术结合构建了免疫法传感器，借助便携式拉曼光谱仪实现了沙门氏菌的高灵敏快速检测（图1）。该传感器具有很好的选择性，可检测低至10 CFU/mL的沙门氏菌标准溶液，在牛奶等实际样品中也表现出了很好的应用效果。这一工作为提高无标记SERS策略的灵敏度提供了有效思路，在复杂样品致病菌高灵敏快速检测方面具有重要的应用潜力。相关成果以“Coupling Bifunctional Nanozyme-Mediated Catalytic Signal Amplification and Label-Free SERS with Immunoassays for Ultrasensitive Detection of Pathogens in Milk Samples”发表在国际学术期刊Analytical Chemistry上。论文通讯作者为武汉市农业科学院副研究员王利华博士，第一作者为武汉市农业科学院李志豪博士。

图1. 基于Au@Pt双功能纳米酶的沙门氏菌无标记SERS检测原理示意图

1.Au@Pt双功能纳米酶的制备与表征

Au@Pt双功能纳米酶的制备分两步进行：首先采用晶种增长法合成50 nm纳米金，然后采用蠕动泵缓慢进样法在其表面包裹上铂层。采用透射电子显微镜(TEM)及元素mapping对制备得到的Au@Pt纳米材料进行表征，结果表明该纳米材料具有很好的分散性，且呈现出均一的核壳结构，其中Pt壳的厚度约为1 nm。进一步的紫外-可见吸收光谱表明，材料中的铂壳结构不会对金纳米颗粒的吸收峰位置产生影响。上述结果证实了Au@超薄Pt核壳纳米结构的成功制备（图2）。

图2. Au@Pt双功能纳米酶的TEM及紫外-可见吸收光谱表征

2.Au@Pt双功能纳米酶的性能验证

在过氧化氢存在的条件下，Au@Pt能够迅速催化TMB生成oxTMB，同时使溶液显色（图3A），该结果表明Au@Pt具有优良的过氧化物酶活性。此外，在拉曼表征实验中，作者发现催化氧化后生成的oxTMB具有拉曼活性，其拉曼信号可被Au@Pt中的Au核原位增强，进而产生显著增强的拉曼信号（图3B）。上述结果表明合成的Au@Pt纳米酶具有催化和SERS双重功能。

图3. Au@Pt双功能纳米酶的催化（A）与SERS（B）活性验证

3.基于Au@Pt双功能纳米酶的沙门氏菌检测

作者将双功能纳米酶介导的催化信号放大和无标记SERS与磁分离免疫技术相结合用于沙门氏菌的快速检测，结果表明，该方法检测低至10 CFU/mL的沙门氏菌标准溶液时，具有明显的拉曼信号（图4A和4B）。同时，该方法还表现出优异的选择性，几乎不受常见食源性致病菌大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的干扰（图4C）。此外，该方法在牛奶样品加标实验中也取得了较好的效果（图4D）。

图4. 基于Au@Pt双功能纳米酶的沙门氏菌检测：（A）不同浓度沙门氏菌检测的拉曼光谱图；（B）不同浓度沙门氏菌检测时1608 cm‒1处拉曼峰的强度；（C）选择性实验：每种致病菌的浓度均为104 CFU/mL；（D）牛奶样品加标实验

转自：“NANO学术”微信公众号

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