病原菌一直是人类健康的重大威胁，细菌感染已成为第二大死因，全球每年造成3亿人感染，超过770万人死亡。世界卫生组织指出，在感染早期准确识别病原菌是指导及时治疗和拯救生命的关键。 免疫层析是目前最受欢迎的POCT技术，具有简单快速、成本低廉和居家自检等显著优势，但仍存在灵敏度低、稳定性不足、依赖特异性抗体等缺陷。现有的免疫层析技术难以满足高灵敏、准确筛查临床样本中重要病原菌的迫切需求。 近日，广东省人民医院检验科顾兵教授团队的一项研究设计了一种高性能的膜状磁性表面增强拉曼散射（SERS）纳米探针，通过表面苯硼酸分子修饰对多种细菌进行高效广谱捕获，从而实现了在一根免疫层析试纸条上高灵敏筛查常见病原菌。该研究发表在Small（IF：13.3）。
我们知道待检的生物标本通常含有大量干扰物，可能影响检测的准确性，而多重病原体的多重检测需要同时使用多种类型的抗体修饰的SERS标记，这可能导致交叉反应，并增加测试的复杂性和成本。通过促进样品捕获、分离和信号放大，磁性SERS标记可提高检测系统的准确性和灵敏度，但现有的磁性SERS标记存在固有限制，限制了它们在多重检测场景中的应用。让我们来看一看顾兵教授团队是如何解决难题的。 针对上述挑战，顾兵教授研究团队设计了一种高性能的膜状磁性SERS纳米探针，在单层GO纳米片上逐层组装一层小的Fe3O4纳米颗粒和两层具有0.5nm内置纳米间隙的30nm AuNPs，然后用4-巯基苯基硼酸（MPBA）和5，5'-二硫代双-（2-硝基苯甲酸）进行共改性，制备了具有通用细菌捕获能力的2D GFe-DAu-D/M标签。GFe-DAu-D/M能够通过MPBA快速富集多种细菌，并通过特异性抗体对测试线上的目标细菌进行定量分析，从而实现磁富集效应的多重信号放大和多层密集热点，消除现实应用中的基质干扰。
随后研究人员对具有可控纳米间隙的GFe-DAu-D/M标签的SERS性能进行了评估。使用阳离子性聚乙烯亚胺（PEI）在GFe-Au纳米片和第二层AuNPs之间精确构建微小纳米间隙，并通过调整PEI涂覆的反应时间，精确控制了PEI间隙的厚度，并评估分析纳米间隙的厚度与SERS性能的关系。通过验证PEI壳的渗透性，比较不同PEI间隙下的SERS活性，验证GFe-Au纳米片的重复性，同时利用有限差分时域（FDTD）方法探究了不同PEI间隙下GFe-DAu纳米片SERS活性不同的原因。 通过这些方法和分析，对GFe-DAu-D/M标签的SERS性能进行了全面评估，以确保其在细菌检测等实际应用中的高效性和可靠性。
GFe-DAu-D/M标签作为不同的细菌和常见病原体通用检测工具，其亲和力和广谱捕获能力究竟如何，该研究进行了进一步验证。 细菌捕获能力方面，GFe-DAu-D/M纳米片能够快速地结合到不同细菌，如金黄色葡萄球菌、鼠伤寒沙门氏菌和铜绿假单胞菌的表面，并在短时间内形成细菌-GFe-DAu-D/M复合物，具有良好的磁响应性和SERS检测能力，且对不同细菌的捕获效率明显优于球形Fe3O4@Au–MPBA标签。 随后，将GFe-DAu-D/M标签引入ICA平台，作为多功能标签用于从复杂标本中广谱捕获三种不同细菌（金黄色葡萄球菌、鼠伤寒沙门氏菌和铜绿假单胞菌）并通过SERS在试纸条上定量检测，验证了GFe-DAu-D/M标签和形成的细菌复合物可以在NC膜上顺利流动，并在ICA平台上稳定工作。
确定检测条件后，研究人员使用三种常见病原体铜绿假单胞菌、伤寒杆菌和金黄色葡萄球来验证GFe-DAu-D/M-ICA试纸条对不同细菌的分析性能和通用性。结果发现，GFe-DAu-D/M-ICA平台对不同细菌的检测灵敏度很高，能够检测到低至10 cells/mL的浓度，且具有广泛的检测动态范围，可达5个数量级，与传统的金纳米颗粒-ICA平台相比，GFe-DAu-D/M-ICA平台的检测灵敏度提高了100倍以上。 此外，该试纸具有很高的特异性，与其他常见病原菌如大肠杆菌、单增李斯特氏菌等相比，能够准确识别目标细菌，且没有发现交叉反应。通过连续测试水样，结果显示SERS信号的变化很小，相对标准偏差（RSD）值都在12.34%以下，表明该平台具有良好的重复性。 通过上述评估，表明GFe-DAu-D/M-ICA平台具有很高的性能，那它在临床实战中的表现如何呢？ 研究人员首先将不同浓度的铜绿假单胞菌、鼠伤寒沙门氏菌和金黄色葡萄球菌分别添加到健康者尿液和未处理的湖水中，以模拟具有不同细菌浓度的真实标本，用于评估该平台的性能。发现GFe-DAu-D/M-ICA平台展现出稳定的颜色和SERS 信号，随着标本中目标细菌浓度的减少而降低。通过计算SERS 信号，评估了三种不同细菌的回收率，并发现其具有良好的准确性和可靠性。 随后，研究人员使用来自患有尿路感染患者的临床尿液标本进行测试。结果显示，该平台能够准确检测到目标病原体，并且与标准定量方法的结果高度一致。
总之，这种创新的纳米片具有出色的磁性性能、大反应界面和优越的SERS活性，通过独特的识别分子和信号放大机制的组合，实现了高灵敏度和特异性检测，甚至在复杂的环境和临床标本中也具有出色表现。 研究人员表示，目前他们已开发能够同时、超灵敏地检测金黄色葡萄球菌、伤寒沙门氏菌和铜绿假单胞菌三种重要病原体的免疫试剂，灵敏度可达10 cells/mL，30分钟内完成检测，并在尿路感染临床诊疗中已发挥稳定性能，有望进一步扩大检测范围、应用场景，实现感染自查，早期治疗的目的 |
