导读：

近期，江苏大学食品与生物工程学院郭志明教授团队提出了一种微流控表面增强拉曼光谱（SERS）平台，通过原位合成银纳米颗粒，实现对食品中大肠杆菌的快速、灵敏和无标记检测，具有优异的特异性和准确性。相关研究以“Microfluidic-SERS platform with in-situ nanoparticle synthesis for rapid E. coli detection in food”为题发表于期刊《Food Chemistry》。

本文要点：

1、本研究提出了一种微流控表面增强拉曼光谱（SERS）平台，用于快速检测食品中的大肠杆菌（E.coli）。

2、采用Y型蛇形微流控通道，实现了银纳米颗粒（AgNPs）的原位合成，以增强SERS信号强度。

3、AgNPs的合成由与细菌细胞特异性结合的适配体引导，确保了检测大肠杆菌的特异性和准确性，检测限为1.1 CFU/mL，线性检测范围为10²至10⁸ CFU/mL，显示出优于其他方法的灵敏度。

4、该技术在生菜样品中的回收率为83%至125%，验证了其在实际应用中的有效性和可靠性。

5、该平台结合了微流控技术和SERS的优势，实现了快速、灵敏且无标记的病原体检测，为食品微生物安全分析提供了有前景的工具。

使用微流体表面增强拉曼光谱（SERS）平台检测大肠杆菌（E.coli）具有以下优势：

1、快速检测：该平台能够实现快速的病原体检测，显著缩短了传统培养法所需的时间。

2、高灵敏度：通过在微流体通道中原位合成AgNPs，该方法提高了SERS信号强度，检测限达到1.1 CFU/mL，灵敏度优于许多其他方法。

3、特异性强：利用特定的适配体与细菌结合，确保了检测的特异性和准确性，能够有效区分目标细菌与其他微生物。

4、无标记检测：该方法不依赖于荧光标记，减少了样品处理的复杂性，简化了检测流程。

5、便携性：微流体设备的小型化和集成化使得该平台具有良好的便携性，适合现场和实时检测。

6、减少样品体积：微流体技术能够在较小的样品体积下进行分析，降低了资源消耗。

7、实时监测：该平台能够实现实时监测和分析，适合动态环境中的应用。

综上所述，微流体-SERS平台为食品安全检测提供了一种快速、灵敏且高效的解决方案。

适配体引导的银纳米颗粒合成通过以下方式提高了检测的特异性：

1、特异性结合

• 适配体是针对特定目标分子的短链核酸，能够与大肠杆菌（coli）细胞表面特定的分子结合。

• 这种特异性结合确保了只有目标细菌能够被识别和捕获，从而减少了非特异性信号的干扰。

2、原位合成

• 适配体的结合促进了AgNPs的原位合成。由于适配体与细菌细胞的结合，纳米颗粒在细菌表面形成，增强了拉曼信号。

• 这种在细胞表面合成的方式使得纳米颗粒多集中于目标细菌周围，从而提高了信号强度和检测灵敏度。

3、信号放大

• 每个细菌细胞可以结合多个适配体，进而形成更多的银纳米颗粒。这种放大效应使得拉曼信号显著增强，进一步提高了检测的特异性和灵敏度。

4、减少背景干扰

• 通过适配体引导的合成过程，能够有效减少背景噪声和非特异性反应，从而使得检测结果更加可靠。

总体而言，适配体引导的银纳米颗粒合成通过提高特异性结合、增强信号强度和减少背景干扰，显著改善了对大肠杆菌的检测特异性。

图1.A）用于原位合成银纳米颗粒的微流体通道，B）预测的针对大肠杆菌的特异性适配体的二级结构，C）通道的2D几何视图，显示了收集模拟数据的点，D）50µL/min时前驱体水溶液的质量分数等值线，E）预测微流体通道中标记位置的混合效率。

图2.A）银纳米粒子的微流体合成示意图，B）合成银纳米粒子的TEM图像，C）使用DLS测量的银纳米粒子的粒径分布，以及D）银纳米粒子的紫外吸收光谱。

图3.A）适配体引导的细胞上银纳米颗粒原位合成的示意图，B）在不同浓度的NaBH₄溶液中，涂有适配体的细胞（10⁶CFU/mL）的SERS光谱，C）最佳条件下大肠杆菌细胞的SERS光谱及频带分配（Cell+Ag是指与预合成的银纳米颗粒混合的细胞，而Cell@Ag表示在没有适配体的细胞存在下合成的银纳米颗粒），D）原位银纳米颗粒合成后涂有适配体的大肠杆菌细胞的SEM图像，E）手动着色的SEM图像显示银纳米颗粒（黄色）附着在涂有适配体的大肠杆菌细胞（紫色）上，F）来自10个不同位置和3个不同批次的大肠杆菌细胞的SERS光谱（插图：峰值765cm^-1处的相应强度），G）用适配体和原位合成银纳米颗粒收集的金黄色葡萄球菌SERS光谱。

图4.A）10²至10⁸CFU/mL不同细胞浓度的大肠杆菌细胞的SERS光谱，B）不同细胞浓度的大肠杆菌细胞的SERS光谱等值线图，C）不同细胞浓度下765cm^-1处峰强度的回归分析曲线，以及D）从生菜样品中提取的不同细胞浓度（10²至10⁸ CFU/mL）的大肠杆菌细胞的SERS光谱。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2025.142800