组成图示
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传感器类型
表面增强拉曼(SERS)生物传感器
检测对象
三磷酸腺苷（ATP）；样品基质：PBS 缓冲液（10 mM PBS，0.3 M NaCl，pH 7）
检测原理
传感器以金膜为 SERS 基底，金纳米星@MGITC@SiO2 探针通过双链 DNA 固定在金膜上。金纳米星与金膜之间形成局域电磁热点，显著增强 MGITC 的拉曼散射。ATP 作为被测物与适配体特异性结合，两个 ATP 分子嵌入适配体并形成非经典 G/A 碱基对，使适配体构象改变，导致适配体与 cDNA 之间的双链 DNA 解离。SERS 探针因此从金膜表面脱离，金膜附近 MGITC 拉曼峰强度下降。以 1618 cm−1 峰归一化响应 i=(I0−I)/I0 表征，响应随 ATP 对数浓度增加而增大，在 12.4 pM–2.0 nM 呈线性。该机制无需酶或核酸扩增，依靠适配体识别、DNA 杂交解离和 SERS 热点放大实现高灵敏检测。
检测灵敏度
LOD: 12.4 pM；线性范围: 12.4 pM–2.0 nM（对 ATP 对数浓度）
效应效果
该 SERS 适配体传感器对 ATP 表现出高选择性：结构相似的 GTP 和 CTP 在相同条件下仅引起可忽略的响应。其检出限为 12.4 pM，低于作者引用的先前基于适配体的电化学、荧光和比色方法。金纳米星粗糙表面提供强电磁增强，夹心结构将大量 MGITC 稳定封装，降低背景荧光并抵抗光漂白，从而提高灵敏度和重现性。二氧化硅壳层改善水溶性与长期稳定性，双链 DNA 的刚性取向使探针靠近金膜并形成热点。作者认为该无试剂、操作简便的 SERS 方法可用于小分子检测，并展示了在生物小分子传感中的应用潜力。文中未报告实际样品加标回收率或 RSD 数值。
传感器的构成
- 基底：Si 基底/Cr 粘附层/Au 金膜，作为 SERS 换能基底并与金纳米星形成热点
- 自组装层：MUA/MU 混合自组装单层，提供羧基并封闭非特异结合
- 捕获探针：cDNA capture probe，通过 EDC/NHS 偶联，用于杂交适配体
- SERS 探针核心：Au nanostar，提供电磁增强
- 拉曼标记：MGITC，夹在 Au 纳米星与 SiO2 之间，提供拉曼信号
- 保护壳层：SiO2，保护 MGITC 并提高水溶性与稳定性
- 表面功能化：TEPSA，在 SiO2 表面引入羧基用于适配体偶联
- 识别元件：ATP aptamer signaling probe，特异性识别 ATP
中文摘要
本文报道了一种基于表面增强拉曼散射（SERS）的适配体生物传感器，用于三磷酸腺苷（ATP）的超灵敏、高选择性定量检测。该传感器采用金纳米星@拉曼标记@二氧化硅核壳纳米颗粒作为 SERS 探针，其中拉曼标记物孔雀石绿异硫氰酸酯（MGITC）被夹在金纳米星核与薄二氧化硅壳之间。该夹心结构可增强拉曼信号、降低背景荧光，并具有良好的水溶性、稳定性和抗光漂白能力。金膜表面先通过 11-巯基十一烷酸/11-巯基-1-十一烷醇自组装层固定互补 DNA 捕获探针，再与标记 SERS 探针的 ATP 适配体杂交形成刚性双链 DNA，使探针靠近金膜并形成 SERS 热点。加入 ATP 后，ATP 与适配体特异性结合并诱导双链 DNA 解离，使 SERS 探针从金膜脱离，导致 MGITC 拉曼信号降低。传感器响应与 ATP 对数浓度在 12.4 pM 至 2.0 nM 范围内线性相关，检出限为 12.4 pM，为小分子检测提供了有效方法。
英文摘要
A simple, ultrasensitive, highly selective, and reagent-free aptamer-based biosensor has been developed for quantitative detection of adenosine triphosphate (ATP) using surface-enhanced Raman scattering (SERS). The sensor contains a SERS probe made of gold nanostar@Raman label@SiO(2) core-shell nanoparticles in which the Raman label (malachite green isothiocyanate, MGITC) molecules are sandwiched between a gold nanostar core and a thin silica shell. Such a SERS probe brings enhanced signal and low background fluorescence, shows good water-solubility and stability, and exhibits no sign of photobleaching. The aptamer labeled with the SERS probe is designed to hybridize with the cDNA on a gold film to form a rigid duplex DNA. In the presence of ATP, the interaction between ATP and the aptamer results in the dissociation of the duplex DNA structure and thereby removal of the SERS probe from the gold film, reducing the Raman signal. The response of the SERS biosensor varies linearly with the logarithmic ATP concentration up to 2.0 nM with a limit of detection of 12.4 pM. Our work has provided an effective method for detection of small molecules with SERS.