《Microchemical Journal》：Silent-region SERS detection of fatigue biomarkers based on Au@PB core-shell nanoprobes
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Au@PB核壳纳米探针利用了拉曼无信号区域（2150 cm?1）。
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信号关闭型SERS
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Au@PB核壳纳米探针利用了拉曼无信号区域（2150 cm?1）。
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信号关闭型SERS技术能够避开复杂血清中的生物基质背景干扰。
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GOx/LOx级联反应使得Au@PB报告剂能够检测H?O?、葡萄糖和乳酸。
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三种分析物的检测限达到4.2 × 10?1?至1.17 × 10?? M。
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91.4–106.6%的血清回收率支持运动疲劳生物标志物的监测。
引言
监测与运动相关的生化标志物是理解运动代谢和疲劳发生过程的重要方法[1][2]。剧烈运动会导致能量代谢和氧化应激的显著变化，表现为血清中主要能量底物葡萄糖（Glu）的减少，而乳酸（LA）作为无氧糖酵解的特异性产物会积累，并导致运动引起的外周疲劳[3][4][5][6][7]。同时，运动引起的氧化应激会增加活性氧（ROS）的生成，其中过氧化氢（H?O?）因其相对稳定性而常被用作评估氧化应激的标志物[8][9]。因此，对血清中H?O?、Glu和LA进行并行和独立的定量分析对于监测与运动相关的生化变化具有重要的参考价值[10]。
这些代谢物的传统检测方法依赖于比色法、电化学、荧光法和高效液相色谱法，但这些方法通常操作繁琐且通量有限，并且难以克服背景荧光或电极污染等问题[11][12][13]。表面增强拉曼散射（SERS）具有高灵敏度、超窄的特征峰和抗干扰能力，在复杂样品分析中具有明显优势[14][15][16]。然而，传统SERS报告剂的特征峰集中在1000–1800 cm?1的指纹区域，此时内源性血清物质会产生强烈的背景干扰，显著降低信噪比[17][18][19]。拉曼无信号区域（1800–2800 cm?1）的生物分子振动信号密度极低，内源性物质在此区域几乎不产生拉曼信号。引入外源性特征信号可以实现接近零背景、高信噪比的检测，这对于规避指纹区域的重叠以及实现代谢物的高信噪比检测至关重要[20][21][22]。
Au@PB核壳纳米粒子为此目的提供了一个理想的解决方案：金核通过局部表面等离子体共振（LSPR）使拉曼信号增强几个数量级[23][24]。PB壳在无信号区域（2150 cm?1，C=N伸缩）具有独特的固有信号，可以避开大分子的背景干扰[25][26]。其氧化还原活性中心能定量响应H?O?，H?O?会触发2150 cm?1特征峰的定量衰减，从而实现信号关闭型SERS检测[27][28]。先前的研究已将Au@PB应用于无信号区域的拉曼检测：Yin等人将其用作无背景的拉曼报告剂，用于免疫分析和成像；Zhao等人则利用Au@PB的催化活性结合TMB显色反应和PB内标来实现相关生物标志物的诊断检测[29][30][31][32]。这些研究主要针对疾病诊断场景，并依赖于比色或成像读数。相比之下，本工作将Au@PB作为信号关闭型SERS报告剂，并将其与葡萄糖氧化酶（GOx）和乳酸氧化酶（LOx）的酶级联反应相结合：利用共同的中间体H?O?作为桥梁，Glu和LA的酶促转化被统一转化为2150 cm?1峰强度的定量衰减，从而能够在单一的无信号区域通道上同时检测与运动相关的H?O?、Glu和LA。
在本研究中，使用Au@PB纳米探针构建了一个信号关闭型SERS传感平台，用于并行监测与运动相关的生化变化：直接检测H?O?，同时通过GOx和LOx将Glu和LA分别酶促转化为H?O?，然后通过相同的信号关闭通道进行读取[33][34][35][36]。由于无信号区域的零背景优势，该系统仅需抗坏血酸氧化酶（AAO）处理和稀释作为预处理，即可实现血清中三种生物标志物的高信噪比定量[37][38]。该平台具有宽线性范围和低检测限，在真实血清的 spiked 恢复测试中表现出良好的准确性和重复性，为一个抗干扰的概念验证分析平台，适用于与运动相关的生化监测[39][40][41][42]。
部分片段
材料
四水合氯金酸（HAuCl?·4H?O，≥99%）、六水合三氯化铁（FeCl?·6H?O）、三水合铁氰化钾（K?[Fe(CN)?]·3H?O）、HAc-NaAc缓冲溶液、过氧化氢（H?O?，30%）、葡萄糖（Glu，≥98%）和乳酸（LA，≥98%）均购自Aladdin Reagent Co., Ltd.（上海，中国）；三水合铁氰化钾（K?[Fe(CN)?]，≥99.5%）、二水合柠檬酸钠（C?H?Na?O?·2H?O，99%）、葡萄糖氧化酶（GOx）、乳酸氧化酶（LOx）和抗坏血酸氧化酶（AAO）
Au@PB纳米粒子的合成与检测原理
Au@PB核壳纳米粒子的合成分为三个步骤（如图1所示）。首先，通过柠檬酸钠还原法制备金纳米核：在沸腾条件下，柠檬酸钠将HAuCl?中的Au3?还原，生成的金原子在粒子表面成核并生长成Au纳米粒子，柠檬酸根离子吸附在粒子表面以提供负电荷和胶体稳定性[45]。随后，逐滴加入K?[Fe(CN)?]溶液；[Fe(CN)?]3?
结论
在本研究中，我们开发了一种基于Au@PB核壳纳米探针的信号关闭型SERS平台。PB壳既作为无信号区域的报告剂（2150 cm?1，C=N伸缩），又作为H?O?的转化单元，从而从源头上避免了生物基质背景和指纹区域的重叠。通过与GOx/LOx级联反应的集成，该平台将H?O?、Glu和LA转化为2150 cm?1峰的定量衰减，通过一个共同的报告剂进行检测。该平台显示出良好的线性
CRediT作者贡献声明
Chuanyu Liu:撰写 – 原稿、方法学、调查、形式分析、概念化。 Guangda Xu:项目管理、方法学、数据管理、概念化。 Jiangheng Fan:验证、调查。 Boya Chen:软件、数据管理。 Lefa Zhao:可视化、验证、监督、方法学、数据管理、概念化。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
我们向以下资助方表示衷心的感谢：2026年辽宁省应用基础研究计划项目（2026JH2/101300182）–基于新比率的SERS纳米酶传感器用于汗液葡萄糖检测；辽宁省高等学校基本科学研究项目（LJ222510176003）–使用柔性SERS可穿戴传感器动态检测汗液中的疲劳-脱水生物标志物；以及沈阳提供的财政支持
Chuanyu Liu|Guangda Xu|Jiangheng Fan|Boya Chen|Lefa Zhao
