一、所属领域
1.所属领域：环境健康监测技术研发及应用项目
2.应用对象：环境快速、应急检测
二、项目介绍
1.痛点问题
拉曼散射自1928年被发现以来，拉曼光谱在物质纯定性、高度定量分析、分子结构鉴定等方面有重要用途。然而，拉曼检测设备普遍存在拉曼信号较弱、设备较大、成本较高等问题，限制了拉曼光谱分析的广泛应用。近年来，由于表面增强拉曼光谱（SERS）技术可极大增强拉曼检测信号，它逐渐成为拉曼光谱技术的主流探索方向，其中以贵重金属纳米颗粒物为代表的SERS技术在细菌等微生物检测方面广为运用。该技术中贵重金属（金、银等）纳米颗粒物需与被测物接触，然后实现拉曼信号的增强。以往技术常采用纳米颗粒物与被测物混合的方式，或采用基地和贵金属纳米颗粒物介质方法，这些方法普遍存在需要提前购置基底、所使用的试剂较贵、分析时间偏长的问题，例如表面修饰金纳米颗粒的锗基底（Au-Ge）。近期，有研究利用细菌的特异性分泌物，贵金属纳米颗粒可吸附团聚于细菌细胞壁表面，能形成拉曼增强“热点”；但是纳米颗粒物的吸附效率不高，且需要另外添加诱导团聚试剂。此外，在细菌等微生物的识别鉴定方面，利用贵金属纳米颗粒SERS技术的简易检测装置还较少，亟需进一步的研究。
2.解决方案
本产品基于银离子（带正电荷）与细菌细胞壁相互吸引易于吸附（细菌表面通常带负电荷）的特征；原位合成银纳米颗粒于细菌表面，以此增强细菌等微生物的拉曼检测信号；并根据便携式原理设计了预处理装置和表面增强拉曼检测的简易装置，其特征在于，设计物料的投放顺序，实现细菌样品表面的银纳米颗粒原位合成，再以激光光源，结合微型光谱仪完成动态拉曼光谱扫描，实现一体化、低成本、拉曼信号加强，可解决现今拉曼信号较弱，操作较复杂的问题。设计的装置体积小（约135 dm3），质量轻便（约5 kg），预实验表明大肠杆菌的拉曼信号（于735 cm-1处）可提升30倍，且样品使用量小。
3.竞争优势分析（从技术和经济效益两个维度）
技术优势：基于银离子（带正电荷）与细菌细胞壁相互吸引易于吸附（细菌表面通常带负电荷）的特征；原位合成银纳米颗粒于细菌表面，以此增强细菌等微生物的拉曼检测信号。此原位合成方法可使纳米银较均匀、高效率吸附于细菌表面，易于增强SERS信号，且无需另外添加化学团聚试剂。根据预实验，该技术方法所需样本体积可低至～10μL，可检测出浓度低至105/mL的大肠杆菌。
经济效益：相较于常规SERS技术用到的贵金属基地（价格昂贵），我们方案用到的硝酸银、盐酸羟胺等试剂成本较低；常规显微拉曼光谱仪价格昂贵，本项目拟利用拉曼激光、微型光谱仪、微型电脑，构建简易装置用于分析，降低成本。
4.技术成熟度及市场应用前景
√实验室开发 样机/样品 中试/放大 示范应用
技术成熟度：目前，已有一些商业化的拉曼光谱仪，他们普遍支持SERS技术开展细菌等微生物的快速鉴定，但是SERS技术在微生物检测领域的商业化产品尚未达到普及。SERS技术存在一些局限性，例如不同的金属纳米颗粒对不同微生物的增强效果有所不同，因此在实际应用中需要根据细菌种类优化材料；环境样本复杂，可能存在背景干扰信号，需优化样品前处理。
应用前景：由于无需对样本进行染色、标记、或培养，SERS以其高灵敏度在微生物的快速检测中具有巨大的应用潜力。当今后疫情时代，对环境中细菌、病毒等微生物的快速识别、鉴定提出了更高的要求，基于SERS技术的细菌识别、鉴定技术具有广阔的应用空间。
5.知识产权情况
已申请相关发明及实用新型专利，具有知识产权。
1.一种制备纳米银用于表面增强拉曼光谱分析细菌的方法（发明专利，已受理）
2.一种用于表面增强拉曼光谱技术的预处理装置（实用新型专利，已受理）
一、合作需求
√技术开发 技术转让 技术许可 作价入股 引入风投 其他（请注明）
（如有详细合作需求请进一步补充）
拟利用已有实验室研究基础，合作开发样机，用于环境媒介中细菌等微生物的快速识别、鉴定。
二、团队介绍
吕彦博士，毕业于复旦大学环境系。曾于香港城市大学、德国马普化学所交流访学。长期从事大气环境监测和气溶胶毒理研究。目前主持国家重点研发项目子任务，浙江省自然科学基金，中国、浙江省博士后基金，获得博士后境外交流资助等。2022年获得绍兴市“万亩千亿”创新大赛铜奖。发表高水平SCI论文20余篇，授权多项专利。
硕士生2名，本科生1名。
三、联系方式
单位：浙江工业大学绍兴研究院
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