综述：基于表面增强拉曼散射的免疫传感器用于生物毒素检测的研究进展与挑战

这篇综述系统阐述了表面增强拉曼散射（SERS）技术与免疫分析联用在生物毒素检测中的突破性进展。文章深入解析SERS免疫传感器的设计原理（包括纳米基底优化、免疫探针构建和信号转导机制），并通过典型案例展示其对黄曲霉毒素等生物毒素的超高灵敏度检测（可达单分子水平）。作者特别强调该技术在复杂食品基质中的抗干扰能力，同时指出稳定性提升和成本控制是推动实际应用的关键。

　　

生物毒素检测的纳米光学革命

引言

生物毒素作为自然界中由微生物、植物和动物产生的剧毒物质，通过污染食品链对人类健康构成多维威胁。从肉毒杆菌毒素到海洋生物毒素，这些分子量差异显著的化合物传统上依赖液相色谱-质谱联用（LC-MS/MS）或酶联免疫吸附试验（ELISA）检测，但这些方法或受限于设备笨重，或困于灵敏度不足。表面增强拉曼散射（SERS）技术的出现，以其¹⁰⁶-¹⁰¹⁴倍的信号放大能力，正在改写生物毒素检测的范式。

SERS技术核心原理

当激光照射纳米金属（如金/银）基底时，局域表面等离子体共振（LSPR）效应会产生极强的电磁场增强。待测分子吸附在纳米结构"热点"区域时，其拉曼信号可被放大数百万倍，同时保留独特的分子振动指纹。这种"化学+电磁"双重增强机制，使得SERS能识别pg/mL级的痕量毒素，甚至实现单分子检测。

免疫传感器设计精要

1. 基底工程：通过调控金纳米棒（AuNRs）的纵横比或构建银核金壳（Ag@Au）异质结构，可精确调控等离子体共振波长；

2. 探针构建：将毒素抗体与4-巯基苯甲酸（4-MBA）等拉曼报告分子共价偶联，形成"抗体-报告分子-纳米颗粒"三明治结构；

3. 信号策略：竞争型免疫分析模式可检测小分子毒素（如赭曲霉毒素），而非竞争模式更适合大分子目标物。

典型应用突破

• 黄曲霉毒素B₁检测中，采用仿生硅壳包裹的金纳米星阵列，在花生样品中达到0.003 μg/kg的检出限；

• 针对河豚毒素开发的磁珠-SERS联用平台，通过Fe₃O₄@Au核壳结构实现海鲜样品的快速富集与检测；

• 多毒素同步检测方面，DNA折纸技术精确定位不同拉曼标记物，实现玉米中3种霉菌毒素的并行定量。

挑战与进化方向

当前面临纳米粒子批次差异导致的信号波动问题，原子层沉积（ALD）技术可提升基底均一性。未来趋势包括：

1. 半导体材料（如MoS₂）与等离子体金属的杂化增强；

2. 微流控芯片集成实现全自动检测；

3. 人工智能辅助的光谱解卷积算法开发。

结论

SERS免疫传感器正从实验室走向田间地头和食品生产线。随着标准化制备工艺的完善和便携式拉曼设备的普及，这项融合纳米技术、免疫学和光谱学的突破性方法，有望成为食品安全监测的下一代黄金标准。