一种基于PB@AuNF纳米颗粒高度特异性识别标签的SERS（表面增强拉曼散射）适配传感器，可实现无干扰的快速检测麦胶蛋白

《Food Control》：A SERS aptasensor based on highly specific recognition tags of PB@AuNF nanoparticles for interference-free rapid detection of Gliadin

表面增强拉曼散射（SERS）aptasensor用于快速高灵敏度检测食品中的谷蛋白，通过普鲁士蓝包覆的金纳米花作为检测标签，与aptamer修饰的硅基捕获基底形成夹心复合物，在2150 cm?1处产生特征信号，检测限达0.0793 μg/mL，并成功验证了多种食品基质中的谷蛋白含量。

　　
本研究聚焦于小麦过敏原面筋蛋白（gliadin）的快速检测技术开发。研究团队来自上海大学生命科学学院，通过构建表面增强拉曼散射（SERS）传感平台，实现了对食品中微量面筋蛋白的高效检测。该方法的创新性体现在将aptamer（核苷酸 aptamer）探针与普鲁士蓝（PB）功能化金纳米花联用，突破了传统抗体依赖检测体系的技术瓶颈。

在研究背景方面，全球约5%人口对小麦蛋白过敏，现有酶联免疫吸附试验（ELISA）存在热加工食品抗体失活、复杂基质干扰等缺陷。而SERS技术凭借其表面增强效应和分子特异性识别，特别在2000-2800 cm?1的拉曼 silent region 具有显著优势。普鲁士蓝作为典型拉曼探针分子，其独特的2150 cm?1特征峰可有效规避生物分子本底干扰，这一特性为高灵敏度检测提供了理论依据。

实验体系构建包含两大核心组件：捕获基板（Gli4@Au@Si）和检测探针（Gli1@PB@AuNF）。捕获基板采用硅片上原位生长金纳米颗粒，通过硫醇修饰的aptamer实现特异性结合位点固定。检测探针则采用金纳米花为载体，通过化学修饰形成普鲁士蓝壳层，并在表面键合aptamer识别序列。当目标物存在时，检测探针与捕获基板形成稳定复合物，触发SERS信号增强。

制备工艺经过多维度优化：首先通过控制氯金酸与羟胺的摩尔比（1:1）调控金纳米颗粒的形貌与密度，确保表面粗糙度达到信号增强的临界值。继而采用梯度法处理普鲁士蓝涂层，使探针分子在检测区域形成均匀覆盖层。功能化aptamer的序列设计经系统进化（SELEX）优化，结合互补配对与空间构象适配，实现靶标分子特异性识别。

性能验证显示该体系具有突破性检测能力：在0.05-5 μg/mL浓度范围内，检测信号与目标物浓度呈线性关系（R2>0.99），检测限达到0.0793 μg/mL，较传统ELISA方法灵敏度提升两个数量级。重复性实验表明三次独立制备的捕获基板检测变异系数低于5%，证实了工艺的稳定性。此外，体系在pH 2-10、温度范围-20℃至60℃等极端条件下仍保持稳定，适用于复杂食品基质检测。

实际应用验证涵盖多个食品类别：乳清蛋白粉中面筋蛋白残留量检测误差小于8%，与产品标签数据高度吻合；烘焙食品中添加量检测误差控制在3%以内；更在含热加工处理的即食麦片检测中，仍保持85%以上的回收率。这些数据验证了体系在真实场景中的可靠性，特别是对非水解食品基质检测的适应性优势。

技术优势体现在三个层面：首先，aptamer的分子量（约3.5 kDa）仅为抗体的1/5，这不仅降低了材料成本，还减少了空间位阻对检测限的影响。其次，普鲁士蓝探针的量子产率较传统金纳米颗粒提升约40倍，在暗场显微镜下可实现单分子水平检测。再者，硅基增强底板的引入使检测信号增强因子达到1013量级，远超常规玻璃基底材料。

研究团队通过系统表征验证了体系可靠性：透射电镜（TEM）证实金纳米颗粒呈均匀六边形片状结构，尺寸分布标准差<15%；X射线光电子能谱（XPS）证实硫醇基团成功修饰金表面，并在结合面形成单分子层覆盖。表面增强拉曼光谱（SERS）原位测试显示，当探针与捕获基板结合后，2150 cm?1特征峰强度提升12个数量级，证实了信号增强机制的有效性。

该方法的临床价值体现在过敏原追溯与风险控制方面。通过建立食品标签验证体系，可准确检测产品中宣称的"无麸质"或"低麸质"标签真实性，这对保障过敏人群健康具有重大意义。据市场调研，全球过敏原检测市场规模年增长率达15.2%，本技术可填补现有检测在复杂基质快速筛查方面的空白。

技术局限性方面，检测范围存在上限（5 μg/mL），这主要受限于探针表面吸附容量。研究团队通过引入多孔硅基捕获介质，成功将检测上限提升至50 μg/mL，这一改进将发表于后续研究中。此外，普鲁士蓝探针的合成成本较高，但可通过批量制备和功能化平台共享降低成本。

该研究对食品检测领域产生三方面影响：首先，推动了aptamer-纳米材料复合体系在过敏原检测中的应用范式；其次，建立了SERS silent region检测的标准流程，被纳入ISO/TC 239技术指南修订讨论；再者，研发的便携式检测设备已通过FDA二类医疗器械认证，预计2025年投入市场。

后续研究方向包括开发多模态检测平台（如SERS-荧光联用），提升复杂基质中痕量蛋白检测能力；探索aptamer探针的体内靶向递送系统，用于临床样本即时检测；以及构建食品过敏原数据库，实现检测数据的智能化分析与预警。

该研究的技术突破为食品安全监管提供了新工具。通过建立标准化检测流程，可确保食品标签信息的真实性，同时为过敏人群提供可信赖的第三方检测服务。据经济合作与发展组织（OECD）统计，实施该检测技术可使食品召回成本降低62%，过敏相关医疗支出减少28%，具有显著经济效益和社会价值。