电子转移调控d带中心增强纳米酶催化活性：可解释机器学习赋能的智能生物传感新策略

本文报道了一种突破性多模态生物传感器，通过界面电子转移（N→Pt→O）调控Pt纳米颗粒d带中心（Ed），结合聚集诱导发光团（AIEgens）和XGBoost-SHAP算法，实现了鼠伤寒沙门氏菌（S. typhimurium）的超灵敏检测。该研究创新性地将密度泛函理论（DFT）计算与可解释机器学习相结合，使检测灵敏度较传统免疫分析法提升5倍，诊断准确率达100%，为公共卫生安全提供了新型"材料-信号-算法"全链条解决方案。

　　

电子转移调控的纳米酶催化增强机制

通过氨基酚醛树脂纳米碗（AFRNBs）锚定单分散铂纳米颗粒（PtNPs），研究发现界面电子转移（N→Pt→O）使Pt的d带中心相对于费米能级（E_F）上移1.7%。密度泛函理论计算揭示，这种电子调控使H₂O₂吸附能（E_ads）优化至-0.95 eV，将决速步能垒降低至-0.41 eV，过氧化物酶（POD）样活性较传统Pt纳米酶提升3.4倍。X射线光电子能谱（XPS）证实N 1s结合能正移0.9 eV，O 1s负移0.21 eV，验证了电子转移路径。

多模态信号协同检测系统

创新性地引入四(4-氨基苯基)乙烯（TPEN）聚集诱导发光团，构建了颜色（λ_A=600 nm）、荧光（e_m=525 nm）和光热（η=39.81%）三模态信号系统。在pH=6、H₂O₂浓度2 mM、TPEN浓度80 μM、40℃条件下，15分钟内即可完成反应。氧化TPEN在808 nm激光照射下展现优异的光热稳定性，经四次循环仍保持稳定的温度响应。

智能算法赋能的病原体检测

针对鼠伤寒沙门氏菌建立的夹心法免疫检测显示：比色法检测限（LOD）220 CFU/mL（线性范围10²-10⁶ CFU/mL），荧光法204 CFU/mL，光热法299 CFU/mL，较传统ELISA方法灵敏度提高8倍。XGBoost算法融合三模态信号后，在≥100 CFU/mL浓度时实现100%准确识别，AUC值达1.0。SHAP分析揭示了浓度依赖的信号贡献规律，如比色信号在低浓度时权重占62%，而高浓度时光热信号贡献提升至58%。

实际应用验证与机制解析

在加标全牛奶样品中回收率达81.98%-118.03%，批间变异系数<7.12%。特异性实验证实对9种常见病原体（包括S. aureus、E. coli等）具有高度选择性。电子顺磁共振（ESR）显示·OH信号增强2.3倍，结合过渡态理论计算，完整阐明了从电子转移到最终检测的信号传导链条。这种"电子工程-信号交叉验证-智能解码"的创新策略，为应对全球公共卫生危机提供了新的技术范式。