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，中国科学院烟台海岸带研究所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。 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 查看详细>>

近日，由中国科学院海岸带研究所陈令新研究员等编撰的专著《表面增强拉曼散射光谱技术》由科学出版社出版发行。 该书系统介绍了表面增强拉曼散射光谱（SERS）技术的相关原理、方法技术、应用及发展动态。可作为高等院校和科研院所化学、药学、食品科学、生物医学工程、环境科学等领域的本科生、研究生及科研人员的教学参考书，也可供从事分析检测领域管理人员和科技工作者参考。 SERS具有高灵敏、快速、多元检测的技术优势，可将被测物质的原有拉曼光谱信号提高106~1014倍，并且可以提供详细的指纹图谱信息，其定性定量能力受到环境监测、食品安全以及生物和医学等多个领域的广泛关注，在海洋分析监测传感器研发方面也展现了巨大的应用前景。《表面增强拉曼散射光谱技术》一书系统阐述了SERS分析原理、方法与技术，主要包括SERS光谱基础、SERS光谱技术与平台、SERS光谱应用三个部分。第一部分共2章，主要对SERS技术进行概述，介绍主要原理和信号测定方法，以及具有表面增强拉曼散射性质的纳米材料。第二部分共3章，介绍了SERS基底、SERS纳米探针及其结构特点、制备方法和相关分析技术，概述了微流控、色谱、电化学和微观成像等技术与SERS的联用方法和应用领域。第三部分共4章，介绍了SERS技术在食品药品、环境分析、生物医学和催化研究中的应用。最后分析总结了SERS技术面临的瓶颈问题，并对未来的发展方向进行了展望。 陈令新研究员团队长期致力于海洋环境介质中化学与生物要素SERS传感机理和器件装备研究。构建了典型离子、手性氨基酸、蛋白质、有机污染物、病原体等分析传感方法，发展了纳米塑料等颗粒污染物的SERS探针标记和活体成像示踪技术，研制了SERS微针、纳米针尖等检测器件和大面积拉曼活体成像装备。相关工作推动SERS技术在海洋生态环境分析监测领域特色应用，为研发可实现高灵敏、原位快速检测的新型海洋传感器提供技术储备。 该书的研究得到了中国科学院战略性先导科技专项（B类）“印太交汇区海洋物质能量中心形成演化过程与机制”子课题“海洋监测新方法新技术研究”（XDB42040304）、国家自然科学基金、中国科学院海岸带环境过程与生态修复重点实验室出版基金等项目支持。 查看详细>>

近日，南京理工大学环境与生物工程学院张轩教授团队研制出新型聚酯反渗透膜，克服了主流商用聚酰胺反渗透膜的多项原生缺陷，为下一代海水淡化技术提供了新方案。相关成果于4月19日发表在国际学术期刊《科学》上。 张轩团队自2014年开始研究新型反渗透膜材料，他们着眼于改良膜材料的化学耐受度，解析了传统聚酰胺膜是如何在活性氢攻击下降解的。“最初我们试图对聚酰胺材料进行一些改进，但后来研究发现，聚酰胺的原生缺陷导致其无法耐受活性氯，必须另起炉灶，从头开始。”张轩说，团队最终将目标锁定在聚酯材料上，开展了一系列技术创新，设计出一种新型聚酯反渗透膜。 实验结果显示，新型聚酯膜在耐氯性等指标上的表现显著优于主流商用聚酰胺膜，其中一级渗透脱硼率近93%。由于新型聚酯膜沿用了商用聚酰胺膜的生产工艺，具备转入规模化生产的可行性，相关技术目前已获2项国家发明专利授权。 《科学》期刊审稿人认为，这可能是第一种能够媲美甚至超过聚酰胺反渗透膜的聚酯膜是反渗透膜研究领域的里程碑式进展。 查看详细>>

4月20日，国内首款智能软体仿生蝠鲼--“文鳐”在上海海洋大学问世。该款软体仿生鱼模仿蝠鲼(俗称“魔鬼鱼”)的体态，令人真假难辨。 “文鳐”由上海海洋大学仿生鱼团队历经10余年研发。仿生鱼团队基于多传感器协同的智能监测技术，通过搭载多款高精度传感器，给“文鳐”装上“眼睛”和“耳朵”，同时从鱼类行为学出发，在形态、运动、行为、结构、材料等方面进行仿生，实现生物外轮廓拟合，动态全运动模拟。仿生鱼凭借高效、节能、低噪、隐蔽等性能优势，可广泛应用于远洋捕捞、深海勘探等领域，可在水中续航3小时以上。此外，“文鳐”搭载水下成像系统，基于人工智能的水下目标识别技术，通过对目标检测和图像分割，可实现分类识别，准确率高达90%。 除了模仿蝠鲼，仿生鱼团队还开发了仿生鱿鱼、仿生金龙鱼、仿生海豚、仿生海鳗等，未来将投入市场应用。 查看详细>>