谱镭拉曼光谱系统助力滚环扩增辅助表面增强拉曼散射
2026-07-16 来源:本站 点击次数:27
谱镭光电拉曼光谱系统：助力滚环扩增辅助表面增强拉曼散射（RCA-assisted-SERS）
金黄色葡萄球菌（S. aureus）已被认定为食品污染的指示菌。本研究建立了一种基于滚环扩增辅助表面增强拉曼散射（RCA-assisted-SERS）的灵敏且准确的生物传感器策略，用于检测金黄色葡萄球菌。该工作依赖于适配体与其部分互补DNA链之间的相互作用，以包覆一层4-硝基苯硫酚并进一步覆盖二氧化硅壳的金核作为SERS纳米探针（Au@NTP@SiO₂）。随后，通过将单链DNA功能化的Au@NTP@SiO₂进行杂交，实现SERS信号的输出和放大。[1]
使用设备：杭州谱镭光电的785拉曼激光系统
滚环扩增（RCA）是一种恒温核酸扩增与信号放大技术，由聚合酶催化环状DNA滚环复制实现。与PCR不同，RCA无需热循环仪和耐热聚合酶，可在溶液或细胞表面等复杂生物界面恒温进行，具有高效、高保真、高灵敏等优点，并能结合多种信号输出方式，已用于核酸、蛋白质、小分子等靶标的检测，应用前景广阔。
为提高食品中金黄色葡萄球菌检测灵敏度，本研究引入RCA辅助SERS信号放大策略。该传感体系基于四个关键原理：（1）适配体与互补链在磁性微球表面作用后，互补链脱离激活RCA；（2）RCA中模板和酶组装形成长单链重复序列；（3）以Au@NTP@SiO₂为SERS纳米探针；（4）通过ssDNA功能化纳米探针杂交输出并放大SERS信号，实现定量检测。
如图1所示，建立RCA辅助SERS生物传感器以提高金黄色葡萄球菌检测灵敏度。适配体（Apt）与部分互补DNA形成双链结构，当目标菌存在时，Apt优先结合菌体，释放cDNA作为RCA引物；在DNA酶和滚环模板作用下触发RCA，产生大量含重复序列的长单链DNA，该链与SERS探针（AN@SiO₂-ssDNA）杂交，形成的复合物经磁分离后进行SERS检测，信号强度与菌浓度相关。无靶菌时无此复合物。FAA既辅助磁分离，又通过其与Au NPs的相互作用产生高SERS活性（电场模拟“热点”位于纳米间隙中），进一步放大信号，保障准确检测。
该生物传感器核心利用激活的cDNA为引物，联合滚环模板、DNA酶及dNTPs启动RCA，生成含重复序列的长单链DNA，与AN@SiO₂-ssDNA杂交形成稳定双链。为利于cDNA排列，优化Fe MMs表面Au/Ag NPs密度
该方法巧妙地利用铁磁性微球（Fe MMs），通过金黄色葡萄球菌与适配体的特异性结合来诱导RCA反应的触发，生成大量长单链DNA。这些DNA链与SERS探针杂交，引发强烈的拉曼散射，形成特征性SERS信号，从而实现金黄色葡萄球菌的高效定量检测。通过在特定范围内检测金黄色葡萄球菌，评估了所提出的RCA辅助SERS信号放大检测方法的实用性，并利用检测限（LOD）的计算来评价该方法的检测性能。如图6A所示。SERS强度与金黄色葡萄球菌浓度（36.0–3.6 × 10⁸ cfu/mL）之间呈现线性关系，结果表明，在不借助RCA的情况下，未观察到明显的SERS信号，这突显了RCA在信号放大和实现高灵敏度检测中的关键作用。
为全面评估所建立方法对金黄色葡萄球菌的检测选择性，本实验特意将多种致病菌——包括大肠杆菌、副溶血弧菌、枯草芽孢杆菌、沙门氏菌、单核细胞增生李斯特菌和假单胞菌——引入检测体系，以模拟真实生物样品的复杂环境。SERS传感器重现性的研究对于验证其在不同实验条件下的稳定性和可靠性至关重要，这能够确保在实际应用中实现准确且可重复的目标物检测，从而增强传感器的可信度和实用性。
综上所述，本研究成功设计了一种新型的AN@SiO₂/RCA辅助金银磁性SERS检测方法，该方法集成了磁富集、适配体识别、RCA信号放大和SERS增强技术。通过磁分离和适配体特异性识别，实现了目标细菌的快速分离，从而提高了检测效率。RCA与SERS的整合进一步增强了信号强度。所提出的RCA辅助SERS信号放大策略能够实现金黄色葡萄球菌的超痕量检测，在食品和环境基质污染物监测方面具有重要潜力。此外，进一步分析表明，该方法的灵敏度和特异性优于传统技术，从而为不同场景下的病原体检测提供了一种可靠途径。
台式高性能拉曼光谱仪
SPL-RAMAN-Q
文章中所使用的SPL-RAMAN-785-Q拉曼光谱仪，把拉曼光谱测量的所有器件，集成在一个平台上，一键开机操作，使用和搬动非常方便。内置海洋光学最高性能的QEPRO光谱仪，使得仪器的暗噪声优于4 Counts（RMS），信噪比优于1000:1，能够用于极其微弱的拉曼信号测量。可以带多种样品测量支架，用于固体、粉末和液体样品的测量。
特点：
一体式设计，一键开机，方便操作和搬动；
内置海洋光学的QEPRO光谱仪，性能卓越，使用寿命长；
多种测量支架可选配，可用于固体样品、粉末样品、液体样品和气体样品测量；
可选项：
二维扫描（Mapping）选项，扫描范围：20x20mm，空间分辨率：2um
显微成像选项，视场大小：450umx450um，CCD像素：630万
应用：
拉曼表面增强（Sers）研究：金银溶胶、纳米阵列、二维材料（WS₂、MoS₂）、金属有机框架（MOFs）
碳材料：石墨烯（层数 / 缺陷）、碳纳米管、金刚石 / 类金刚石薄膜表征
半导体：晶圆应力 / 应变、掺杂浓度、晶格质量、Micro-LED 缺陷检测
电池 / 新能源：电极材料（正负极）、电解液、固态电解质结构与相变分析
药物分析：原料药鉴定、多晶型 / 晶型纯度、异构体、水合物分析；透过胶囊 / 包装无损检测
生物检测：分析蛋白质、核酸、脂质分布；细菌 / 真菌快速鉴定
快检筛查：农药 / 兽药残留、非法添加剂（如三聚氰胺）、防腐剂、色素、塑化剂检测
食品品质评估：果蔬成熟度、肉类新鲜度、谷物霉变（黄曲霉毒素）快速分析
刑侦取证：火灾残留物、油漆碎片、纤维、爆炸物残留、毒品物证鉴定
珠宝鉴定：天然 / 合成钻石、翡翠、红蓝宝、和田玉、琥珀 / 蜜蜡无损鉴别
考古文物：古画颜料、壁画 / 石窟彩绘、陶瓷釉料、青铜器锈蚀产物无损分析
反应监测：实时跟踪有机合成、聚合、催化反应进程，识别中间体与产物分布
质量控制：化工原料、中间体、成品纯度与均一性检测；聚合物生产在线监控
测样服务：
提供专业的拉曼光谱测验服务；
测样收费标准：1500￥/次或者5000￥/天（少量样品测试，可申请免费）；
参考文献
1. Zhu A, Ahmad W, Xu Y, Wei W, Jiao T, Ouyang Q, et al. Trace detection of S. aureus cells in food samples via RCA-assisted SERS signal amplification with core-shell nanoprobe. Talanta 2025; 286.
金黄色葡萄球菌（S. aureus）已被认定为食品污染的指示菌。本研究建立了一种基于滚环扩增辅助表面增强拉曼散射（RCA-assisted-SERS）的灵敏且准确的生物传感器策略，用于检测金黄色葡萄球菌。该工作依赖于适配体与其部分互补DNA链之间的相互作用，以包覆一层4-硝基苯硫酚并进一步覆盖二氧化硅壳的金核作为SERS纳米探针（Au@NTP@SiO₂）。随后，通过将单链DNA功能化的Au@NTP@SiO₂进行杂交，实现SERS信号的输出和放大。[1]
使用设备：杭州谱镭光电的785拉曼激光系统
滚环扩增（RCA）是一种恒温核酸扩增与信号放大技术，由聚合酶催化环状DNA滚环复制实现。与PCR不同，RCA无需热循环仪和耐热聚合酶，可在溶液或细胞表面等复杂生物界面恒温进行，具有高效、高保真、高灵敏等优点，并能结合多种信号输出方式，已用于核酸、蛋白质、小分子等靶标的检测，应用前景广阔。
为提高食品中金黄色葡萄球菌检测灵敏度，本研究引入RCA辅助SERS信号放大策略。该传感体系基于四个关键原理：（1）适配体与互补链在磁性微球表面作用后，互补链脱离激活RCA；（2）RCA中模板和酶组装形成长单链重复序列；（3）以Au@NTP@SiO₂为SERS纳米探针；（4）通过ssDNA功能化纳米探针杂交输出并放大SERS信号，实现定量检测。
如图1所示，建立RCA辅助SERS生物传感器以提高金黄色葡萄球菌检测灵敏度。适配体（Apt）与部分互补DNA形成双链结构，当目标菌存在时，Apt优先结合菌体，释放cDNA作为RCA引物；在DNA酶和滚环模板作用下触发RCA，产生大量含重复序列的长单链DNA，该链与SERS探针（AN@SiO₂-ssDNA）杂交，形成的复合物经磁分离后进行SERS检测，信号强度与菌浓度相关。无靶菌时无此复合物。FAA既辅助磁分离，又通过其与Au NPs的相互作用产生高SERS活性（电场模拟“热点”位于纳米间隙中），进一步放大信号，保障准确检测。
该生物传感器核心利用激活的cDNA为引物，联合滚环模板、DNA酶及dNTPs启动RCA，生成含重复序列的长单链DNA，与AN@SiO₂-ssDNA杂交形成稳定双链。为利于cDNA排列，优化Fe MMs表面Au/Ag NPs密度
该方法巧妙地利用铁磁性微球（Fe MMs），通过金黄色葡萄球菌与适配体的特异性结合来诱导RCA反应的触发，生成大量长单链DNA。这些DNA链与SERS探针杂交，引发强烈的拉曼散射，形成特征性SERS信号，从而实现金黄色葡萄球菌的高效定量检测。通过在特定范围内检测金黄色葡萄球菌，评估了所提出的RCA辅助SERS信号放大检测方法的实用性，并利用检测限（LOD）的计算来评价该方法的检测性能。如图6A所示。SERS强度与金黄色葡萄球菌浓度（36.0–3.6 × 10⁸ cfu/mL）之间呈现线性关系，结果表明，在不借助RCA的情况下，未观察到明显的SERS信号，这突显了RCA在信号放大和实现高灵敏度检测中的关键作用。
为全面评估所建立方法对金黄色葡萄球菌的检测选择性，本实验特意将多种致病菌——包括大肠杆菌、副溶血弧菌、枯草芽孢杆菌、沙门氏菌、单核细胞增生李斯特菌和假单胞菌——引入检测体系，以模拟真实生物样品的复杂环境。SERS传感器重现性的研究对于验证其在不同实验条件下的稳定性和可靠性至关重要，这能够确保在实际应用中实现准确且可重复的目标物检测，从而增强传感器的可信度和实用性。
综上所述，本研究成功设计了一种新型的AN@SiO₂/RCA辅助金银磁性SERS检测方法，该方法集成了磁富集、适配体识别、RCA信号放大和SERS增强技术。通过磁分离和适配体特异性识别，实现了目标细菌的快速分离，从而提高了检测效率。RCA与SERS的整合进一步增强了信号强度。所提出的RCA辅助SERS信号放大策略能够实现金黄色葡萄球菌的超痕量检测，在食品和环境基质污染物监测方面具有重要潜力。此外，进一步分析表明，该方法的灵敏度和特异性优于传统技术，从而为不同场景下的病原体检测提供了一种可靠途径。
台式高性能拉曼光谱仪
SPL-RAMAN-Q
文章中所使用的SPL-RAMAN-785-Q拉曼光谱仪，把拉曼光谱测量的所有器件，集成在一个平台上，一键开机操作，使用和搬动非常方便。内置海洋光学最高性能的QEPRO光谱仪，使得仪器的暗噪声优于4 Counts（RMS），信噪比优于1000:1，能够用于极其微弱的拉曼信号测量。可以带多种样品测量支架，用于固体、粉末和液体样品的测量。
特点：
一体式设计，一键开机，方便操作和搬动；
内置海洋光学的QEPRO光谱仪，性能卓越，使用寿命长；
多种测量支架可选配，可用于固体样品、粉末样品、液体样品和气体样品测量；
可选项：
二维扫描（Mapping）选项，扫描范围：20x20mm，空间分辨率：2um
显微成像选项，视场大小：450umx450um，CCD像素：630万
应用：
拉曼表面增强（Sers）研究：金银溶胶、纳米阵列、二维材料（WS₂、MoS₂）、金属有机框架（MOFs）
碳材料：石墨烯（层数 / 缺陷）、碳纳米管、金刚石 / 类金刚石薄膜表征
半导体：晶圆应力 / 应变、掺杂浓度、晶格质量、Micro-LED 缺陷检测
电池 / 新能源：电极材料（正负极）、电解液、固态电解质结构与相变分析
药物分析：原料药鉴定、多晶型 / 晶型纯度、异构体、水合物分析；透过胶囊 / 包装无损检测
生物检测：分析蛋白质、核酸、脂质分布；细菌 / 真菌快速鉴定
快检筛查：农药 / 兽药残留、非法添加剂（如三聚氰胺）、防腐剂、色素、塑化剂检测
食品品质评估：果蔬成熟度、肉类新鲜度、谷物霉变（黄曲霉毒素）快速分析
刑侦取证：火灾残留物、油漆碎片、纤维、爆炸物残留、毒品物证鉴定
珠宝鉴定：天然 / 合成钻石、翡翠、红蓝宝、和田玉、琥珀 / 蜜蜡无损鉴别
考古文物：古画颜料、壁画 / 石窟彩绘、陶瓷釉料、青铜器锈蚀产物无损分析
反应监测：实时跟踪有机合成、聚合、催化反应进程，识别中间体与产物分布
质量控制：化工原料、中间体、成品纯度与均一性检测；聚合物生产在线监控
测样服务：
提供专业的拉曼光谱测验服务；
测样收费标准：1500￥/次或者5000￥/天（少量样品测试，可申请免费）；
| 参数指标 | ||
| 型号 | SPL-RAMAN-532-Q | SPL-RAMAN-785-Q |
| 光谱范围 | 200-4500cm-1 | 175-3100cm-1 175-2000cm-1 |
| 光谱分辨率 | ~15cm-1 | ~10cm-1 |
| 激光波长 | 532+/-0.5nm | 785+/-0.5nm |
| 激光功率 | 0~100mW可调 | 0-500mW可调 |
| 探测器像素 | 1024x58 | |
| 制冷温度 | -20°C | |
| 信噪比 | 1000:1 | |
| 暗噪声 | 4counts@RMS | |
| 动态范围 | 85000 | |
| 杂散光 | 0.08% | |
| 存储光谱 | 14000 | |
| OD值 | >6 | |
| 工作距离 | 5mm | |
| 尾纤长度 | 标准1.5m，最长可达200米 | |
| 供电方式 | 200-250V ADC | |
| 功耗 | <50W | |
1. Zhu A, Ahmad W, Xu Y, Wei W, Jiao T, Ouyang Q, et al. Trace detection of S. aureus cells in food samples via RCA-assisted SERS signal amplification with core-shell nanoprobe. Talanta 2025; 286.
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