蓝藻水华对海岸带水体安全造成了严重威胁。藻蓝蛋白是蓝藻特有色素，其浓度能较好表征蓝藻生物量、指示蓝藻爆发，是蓝藻水华及水体富营养化监测的重点关注指标。近期，我室陈令新研究员团队报道了分子印迹表面增强拉曼散射（MI-SERS）传感器检测藻蓝蛋白的相关成果，以“Molecular Imprinting-Based SERS Detection Strategy for the Large-Size Protein Quantitation and Curbing Non-Specific Recognition”为题发表在Analytical Chemistry（2024,96,6417−6425）上。 MI-SERS传感器将具有构效预定性、识别特异性和广泛适用性的分子印迹聚合物（MIPs）作为识别和转导元件，结合SERS光谱检测技术的指纹识别、无损、高灵敏和快速的特性，提高了传感器的分析性能，为复杂基质痕量分析提供了新方法。高分子量、高传质阻力、低拉曼活性和复杂结构、容易失活等问题使大尺寸蛋白质（≥10nm，例如，藻蓝蛋白，110 kDa）的SERS精准定量面临极大挑战。此外，MIPs的非特异性识别对传感器灵敏度和准确性造成很大干扰。
因此，研究团队发展了基于分子印迹的SERS检测策略用于藻蓝蛋白的定量和抑制非特异性识别。以藻蓝蛋白为模板分子，采用贻贝仿生的聚多巴胺（PDA）表面印迹法，包覆在金纳米星增强基底上，构建了在玻璃毛细管上进行操作的MI-SERS传感器，提出了拉曼报告分子检查员机制（RRIM）。传感器的构建过程和检测原理如图1所示。去除藻蓝蛋白模板分子后，产生PDA印迹层进行识别捕获，目标藻蓝蛋白特异性结合并完全占据印迹空腔，而样品中存在的干扰物质，通常会在印迹层发生表面吸附或非特异性结合。通过引入适当的拉曼报告分子IR-792，穿透非特异性识别填充和未被填充的空腔，作为SERS信号的识别状态的检查员；因此，SERS信号的变化完全源于目标蛋白的特异性结合。目标蛋白的特异性识别反应可以阻断IR-792到达SERS活性基底的通量，导致IR-792的SERS信号减弱，减弱程度可以反映捕获目标蛋白的量进而实现定量检测。在最优化的实验条件下，标准溶液中检测的相对SERS强度与藻蓝蛋白浓度（0.01–500 µg L−1）的对数呈良好线性关系，检出限低至0.0026 µg L−1。该MI-SERS传感器能够在21分钟内准确分析未经任何样品前处理的海水，取样位置和加标结果如图2所示；所测海水样都显示明显的线性相关，且与标准工作曲线接近，表明RRIM具有出色的实际应用能力。因此，可用标准工作曲线定量，适合不同基质精准检测，能够很好的满足环境、医药、食品等领域大量样本的快检需求。将小球藻培养基中藻蓝蛋白的检测结果与商品化试剂盒对照，确证了该传感器的准确可靠；通过测定分子量更大的藻红蛋白（260 kDa），验证了RRIM的易实施和普适性。
该研究构建了新颖的MI-SERS传感器，提出了RRIM检测新机制，有效解决了MIPs识别中难以避免的非特异性识别问题，突破了非拉曼活性物质尤其是大分子蛋白质难以精准定量的瓶颈。该传感器灵敏可靠、便于携带，从传感器构建、目标识别到信号采集，整个操作过程简便、快速。该研究不仅有望为海岸带水华预警提供有效方法，而且有望为复杂基质中各种目标物的高灵敏、现场、原位快速检测提供普适性思路。
烟台海岸带所研究生陈璇、烟台海岸带所助理研究员Abbas Ostovan为论文的共同第一作者，烟台海岸带所副研究员Maryam Arabi、研究员李金花为通讯作者。该研究成果得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金、泰山学者等项目的支持。
图1：（a）MI-SERS传感器构建过程的示意图及实物图（MI-SERS传感器的AuNSs固定在氨基功能化玻璃毛细管表面和多巴胺表面印迹的正视图和俯视图）；（b）MI-SERS传感器上实现RRIM的原理的示意图
图2：（a）在北黄海（烟台市）海域对海水的采样位置图；（b）MI-SERS传感器在去离子水（纯水）和海水样中的拉曼光谱图；（b）月亮湾、（c）黄海明珠、（d）第二海水浴场的海水中加标藻蓝蛋白的浓度对数与相对SERS强度之间的线性关系图
论文信息：
Xuan Chen,Abbas Ostovan,Maryam Arabi,Yunqing Wang,Lingxin Chen,Jinhua Li. Molecular Imprinting-Based SERS Detection Strategy for the LargeSize Protein Quantitation and Curbing Non-Specific Recognition,Analytical Chemistry,2024,96,6417−6425. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c00541
