基于SERS与ATP-BL技术的山药样品中大肠杆菌和枯草芽孢杆菌及其混合污染物的快速检测对比研究

针对传统微生物检测方法耗时长、成本高的问题，研究人员通过建立表面增强拉曼光谱(SERS)和三磷酸腺苷生物发光(ATP-BL)光学检测平台，实现了山药片中大肠杆菌(E. coli)、枯草芽孢杆菌(B. subtilis)及其混合菌的高灵敏度检测。结果表明，两种技术检测限分别达8.64-11.22 CFU/mL和26.01-50.63 CFU/mL，与平板培养法无显著差异(P>0.05)，且回收率85%~115%，为中药产品微生物质量控制提供了快速可靠的解决方案。

　　

论文解读

微生物污染一直是威胁食品和药品安全的隐形杀手。从法国奶粉沙门氏菌污染事件到美国眼药水耐药菌致盲案例，近年来由病原菌引发的公共安全事件频发。传统微生物培养法虽为"金标准"，但存在检测周期长、无法识别不可培养微生物等固有缺陷。在中药领域，山药(Dioscorea spp.)等高营养药材因富含多糖和水分，在加工储运过程中极易滋生微生物，而现行药典方法难以及时监控这类风险。面对这一行业痛点，天津中医药大学的研究团队创新性地将两种光学快检技术——表面增强拉曼光谱(SERS)和腺苷三磷酸生物发光(ATP-BL)应用于山药样品的微生物检测，相关成果发表于《Food and Chemical Toxicology》。

研究团队选取大肠杆菌(E. coli)和枯草芽孢杆菌(B. subtilis)作为模式菌株，通过优化SERS纳米探针(金纳米星@4-MPBA)和ATP-BL酶反应体系，建立了完整的检测流程。实际样品检测中，创新采用滤膜富集技术将细菌浓缩、信号放大与光谱检测集成于单一平台。

主要技术方法
研究通过合成金纳米星@4-MPBA SERS探针，结合滤膜富集技术构建检测平台；ATP-BL技术则优化了荧光素酶反应体系，采用交叉验证法分析发光动力学曲线。两种方法均以山药模拟污染样品为检测对象，通过t检验与平板计数法进行结果验证。

研究结果

Materials and instruments
实验采用Sigma Aldrich提供的氯金酸、柠檬酸钠等试剂合成SERS基底，通过F-7100荧光分光光度计测定ATP-BL发光特性。

Optimization results of ATP-BL method
ATP-BL发射光谱显示特征峰551.4nm，半峰宽75nm，符合典型闪光型发光特征。优化后反应体系在30秒内完成信号采集，较传统培养法提速98%。

Conclusion and discussion
SERS法对E. coli、B. subtilis及其混合菌的检测限分别为8.64、6.11和11.22 CFU/mL，显著优于ATP-BL法的49.58、50.63和26.01 CFU/mL。统计显示两种方法与平板计数无显著差异(P>0.05)，回收率85%-115%。特别值得注意的是，SERS技术将总检测时间压缩至2.5小时，且能区分混合菌中各菌种特征峰。

重要意义
该研究首次系统比较了SERS与ATP-BL技术在中药饮片微生物检测中的性能差异。SERS凭借纳米增强效应实现单细胞水平检测，而ATP-BL则通过代谢活性反映微生物总量，二者形成互补。研究成果为《中国药典》微生物快检方法修订提供了实证依据，对保障中药产品安全具有重要实践价值。团队提出的"滤膜富集-SERS联用"策略，为复杂基质样品检测开辟了新思路。