《Talanta》：A Synergistic Platform for Chiral SERS Sandwich Sensing and Photothermal Sterilization Targeting Bacteria
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摘要为了满足对致病细菌快速检测和同时灭活的需求，本工作提出了一种集成“检测 - 治疗”传感平台。该平台的核心是由磁性捕获探针、目标细菌和手性 SERS 标签组成的三明治型结构。捕获探针不仅能够有效地从复杂基质中富集细菌，而且由于其固有的光热特性，在近红外激光激发下可以高效快速
摘要
为了满足对致病细菌快速检测和同时灭活的需求，本工作提出了一种集成“检测 - 治疗”传感平台。该平台的核心是由磁性捕获探针、目标细菌和手性 SERS 标签组成的三明治型结构。捕获探针不仅能够有效地从复杂基质中富集细菌，而且由于其固有的光热特性，在近红外激光激发下可以高效快速地灭活细菌并去除生物膜，从而实现检测与治疗功能的真正集成。同时，D 型 SERS 标签作为 SERS 信号放大器，并通过手性选择性相互作用增强与细菌的结合，为扩展 SERS 在手性识别和对映异构体区分中的应用开辟了新的可能性。实验表明，该平台对金黄色葡萄球菌的检测限（LOD）低至 9 CFU/mL，对大肠杆菌的检测限为 12 CFU/mL，且两种细菌在 10 分钟内的抗菌效率均超过 99%。这项工作不仅为快速病原体诊断和及时干预提供了集成策略，还为探索手性纳米材料在生物传感和抗菌领域的应用开辟了新的途径。
引言
由致病细菌引起的感染以及随之而来的抗菌耐药性上升，已成为全球公共卫生安全的重大威胁[1]。金黄色葡萄球菌（S. aureus）和大肠杆菌（E. coli）是两种常见的食源性病原体，常与皮肤和软组织感染[2]、腹泻和尿路感染相关。在严重情况下，它们可导致脑膜炎和脓毒症等危及生命的状况[3]。因此，迫切需要敏感、快速且用户友好的病原体检测方法。目前，常用的细菌检测技术——包括菌落计数[4]、聚合酶链反应（PCR）[5]和免疫测定[6]——通常涉及复杂的样品制备，依赖专门的仪器，或需要经过培训的人员。此外，这些方法通常缺乏检测后的干预能力。近年来，基于电化学[7]、荧光[8]、比色和表面等离子共振（SPR）[9]信号的生物传感器因其高灵敏度和便携性而备受关注[10]。值得注意的是，这些传感器中使用的纳米材料也可能表现出固有的抗菌活性，且诱导耐药性的风险较低[11]。因此，开发一种既能检测又能消除细菌的多功能纳米传感平台是一个前景广阔且有价值的研究方向。
表面增强拉曼散射（SERS）光谱是一种高灵敏度的分子识别技术，利用了贵金属纳米结构的局域表面等离子体共振。这些结构在其表面产生强烈的电磁场，通常称为“热点”，从而显著放大吸附分子的拉曼信号。热点通常集中在等离子体金属纳米结构的间隙区域，特别是在尖端处[12], [13]。例如，由于独特的分支结构，金纳米星表现出比金纳米球更优异的 SERS 增强效果[14]。因此，基于 SERS 的生物传感器已被广泛用于各种病原体的高度选择性检测[15]。
除了检测之外，将功能材料整合到 SERS 基底中也为纳入治疗能力提供了机会。在此背景下，手性等离激子基底引起了越来越多的关注。这些材料不仅具有对抗耐药菌的潜力[16]，还能区分手性分子。研究表明，手性会影响材料的抗菌性能，D-对映异构体通常比其 L-对应物表现出更强的杀菌效果[17], [18]。同时，手性识别仍然是分析化学中的一个热点问题[19]。传统的圆二色谱灵敏度有限，特别是对于无色手性分子[20]，而 SERS 可以提供分子级别的结构信息。通过将手性配体整合到等离子体基底中，可以诱导手性光学活性，并为对映异构体创建不同的吸附微环境。这使得通过手性选择性相互作用实现差异化的 SERS 信号增强成为可能。例如，手性氨基酸倾向于优先吸附到手性匹配的基底上，从而导致增强的 SERS 响应[21], [22]。在 D 型基底与 D-谷氨酸（细菌细胞壁的关键成分）的相互作用中也观察到了类似的现象[23]。
在此背景下，我们通过引入手性配体合成了 D-手性 SERS 标签。随后将这些标签与具有光热效应的磁性细菌捕获探针整合，构建了具有“捕获探针/细菌/D-手性 SERS 标签”架构的三明治型传感平台。该平台能够识别和定量检测多种细菌，同时通过捕获探针的光热效应实现高效的灭菌和生物膜破坏（方案 1）。此外，手性纳米结构的引入为对映异构体识别和手性污染物检测开辟了新的途径，从而拓宽了手性材料在生物传感领域的应用前景。
章节片段
实验部分
化学品、材料和仪器，磁性金纳米星（MGNS）的合成，手性金纳米晶（C-AuNC）的合成等，请参见支持信息。
细菌捕获探针的表征
通过共沉淀法合成了柠檬酸稳定的 Fe3O4 纳米颗粒，其平均直径为 8.12 ± 1.87 nm（图 S1）。随后，通过在 Fe3O4 纳米颗粒表面还原四氯金酸制备了 Fe3O4@Au 种子。然后通过使用对苯二酚还原四氯金酸获得了磁性金纳米颗粒（MGNPs）。如图 1(a) 和图 S1 所示，在用柠檬酸钠进行二次还原后，出现了明显的尖刺状结构
结论
总之，本工作成功建立了一个由磁性捕获探针、目标细菌和手性 SERS 标签组成的三明治检测系统，实现了对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的高灵敏度和特异性 SERS 检测。研究发现，所使用的手性纳米材料能够有效地区分氨基酸对映异构体。此外，利用它们的手性选择性相互作用显著增强了细菌识别能力。
CRediT 作者贡献声明
Yafei Chen：可视化，验证，数据整理。Mingyu Zhang：写作 – 审查与编辑，写作 – 初稿，方法论，调查，数据整理。Jun Niu：写作 – 审查与编辑，资源。Lina Gao：资源。Xinli Wang：资源。Shangqing Zhang：资金获取。Mingli Chen：写作 – 审查与编辑，监督，资源，方法论，调查，资金获取，概念化
利益冲突声明
作者声明他们不存在任何已知的可能影响本文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
利益冲突声明
? 作者声明他们不存在任何已知的可能影响本文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢 国家自然科学基金委员会 一般项目（22304022）和辽宁省博士科研启动基金 项目（编号 2024-BSBA-24）的财政支持。
Mingyu Zhang|Yafei Chen|Shangqing Zhang|Xinli Wang|Lina Gao|Jun Niu|Mingli Chen
中国沈阳 110819，东北大学理学院化学系分析科学研究中心，332 信箱
