表面增强拉曼散射（SERS）技术因其单分子水平的灵敏度与独特的分子指纹识别能力，被视为分析科学领域的强大工具。目前目标分子进入电磁场增强最强的“热点”区域，主要依赖被动、随机的扩散过程。研究表明，在传统SERS基底中，仅有约百万分之六十三的目标分子能有效抵达热点，这导致了检测信号波动大、重复性差的瓶颈问题。这种本质上依赖“随机偶遇”的检测模式，已成为制约SERS技术走向精确定量与实际应用的核心障碍。如何将目标分子的识别事件，直接转化为在界面特定位置构筑最强信号“热点”的驱动力，使整个传感过程从被动、随机的“偶遇”，升级为目标触发、时空同步的“精准定位”，是突破传统SERS检测技术瓶颈的关键。
为此，杭州师范大学材料与化学化工学院黄又举教授团队将超分子主客体识别与胶体粒子超晶格自组装融合，提出了新的解决方案。通过主客体化学实现了对目标酶产物的高特异性捕获与信号转换，并利用超晶格薄膜构筑了长程有序、光学响应均一的等离激元“谐振腔”基底。这两者的协同，成功构建出一种“酶触发式动态热点生成”SERS传感新体系。该平台以乙酰胆碱酯酶（AChE）为模型，实现了从“随机相遇”到“精准定位”的检测范式转变，不仅具备超高灵敏度与稳定性，其检测动态范围更跨越9个数量级。
2025年12月19日，相关研究成果以“Analyte-Targeted Plasmonic Hotspots on Superlattice Mirror Enable Ultra-Broad-Range SERS Sensing of Acetylcholinesterase”为题，发表于化学领域权威期刊发表于《Angewandte Chemie》。
该研究的传感平台由两个关键部分组成，共同构建了一个动态响应的检测界面。首先，团队利用其成熟的界面自组装技术(Sci. Adv. 2021, 7, eabk2852; J. Am. Chem. Soc. 2025, 147,10369; Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202502129；Adv. Mater. 2025, e19060)，成功制备了晶圆级、结构高度一致的金纳米粒子超晶格单层膜。该薄膜具备均匀且可调的等离激元响应，如同一面光学性能稳定的“反射镜”，为后续构筑局域增强场奠定了可靠基础。更重要的是，研究团队将β-环糊精（β-CD）修饰于此超晶格基底表面，并预先将拉曼报告分子亚甲基蓝（MB）装载于β-CD的空腔中，构成了传感的初始信号单元。与此同时，体系中的金-银中空纳米棒（Au@AuAg NRs）作为动态的“转运载体”。其本身并不预先负载MB，而是在检测过程中发挥桥梁作用。
图1. 同步纳米腔体形成-激活策略用于高效热点表面增强拉曼散射检测AChE。
整个检测过程的巧妙之处，在于将酶的催化反应转化为界面分子竞争事件，并同步完成传感结构的锁定，设计包括以下三个方面：（1）酶促反应与靶向输送：当样品中存在目标酶——AChE时，它会催化底物水解生成产物巯基胆碱（TCh）。TCh分子被溶液中的金-银纳米棒捕获并输送到修饰有β-CD的超晶格界面；（2）竞争置换实现“占巢”：到达界面的TCh，凭借其与β-CD空腔更强的结合亲和力，将预先占据其中的报告分子MB竞争性地置换出来，迫使MB离开空腔扩散至周围环境。这一过程如同“鸠占鹊巢”，直接导致了界面处MB信号分子拉曼信号强度的变化；（3）共价锚定完成“锁巢”：成功“占巢”的TCh分子，通过其末端的巯基与超晶格的金表面形成牢固的金-硫共价键。这一作用将整个传感界面“锁定”在一个稳定的状态，并增强了纳米棒与基底之间的等离激元耦合。
这一设计的核心优势在于实现了“热点构筑”与“分子就位”的时空同步。当强热点纳米腔在原位生成时，先前被置换出的报告分子恰好扩散并进入此腔体的核心增强区域。这种机制确保了每次检测事件中，信号分子总能被“主动输送”并限域在电磁场增强最大的位置，从而彻底克服了传统SERS中目标分子与热点随机相遇的效率瓶颈。基于上述动态触发与精准定位机制，该传感器表现出优异的分析性能：对AChE的检测线性范围横跨9个数量级10?? 至 10 U/L），动态范围远超常规方法；由于热点按需、定位生成，信号重复性显著提高（相对标准偏差<5%）；同时，该间接检测策略有效避免了酶催化反应中因产物积累导致的活性抑制问题。
图2. 采用SERS传感器进行AChE检测。
此项工作不仅为SERS技术实现高可靠、宽范围的生物传感提供了切实可行的新方案，更重要的是，它展示了一种由特定生物化学事件触发、动态构筑等离激元纳米结构的普适性策略。该策略通过融合超分子化学、界面组装与纳米光子学，为发展新一代智能响应型、高精度传感界面开辟了新途径，在神经疾病相关生物标志物分析、环境毒素监测及药物筛选等领域具有广阔应用潜力。
杭州师范大学材料与化学化工学院宋丽平副教授和硕士生蒋诗琦为共同第一作者，黄又举教授为通讯作者。杭州师范大学为第一完成单位。研究获国家自然科学基金（22304042、52222316、52573293）、浙江省尖兵&领雁项目（2025C02250(SD2)、2024C03228）及杭州师范大学启动基金（4095C50223204052）等项目资助。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202521361
作者简介
通讯作者黄又举教授简介
黄又举，教授，博士生导师，国家优青，杭师大材化学院副院长。2010年博士毕业于中国科学技术大学，师从李良彬教授。2010-2014年在新加坡南洋理工大学做博士后。2014-2019年在中科院宁波材料所工作，任副研究员/项目研究员。2017-2018年，在德国马普所高分子所做访问学者。2019年9月入职杭州师范大学，组建纳米生物传感器关键材料团队。以通讯作者在Science Advances，Journal of the American Chemical Society，Angewandte Chemie International Edition，Advanced Materials, Chemical Society Reviews等期刊上发表SCI论文100余篇。被引用12000余次，H因子为58。授权中国和美国发明专利35件。主持科研项目20余项，包括7项国家自然科学基金。获首届浙江省青年科技英才奖（2021年），浙江省自然科学二等奖（2023年，第一完成人）和全国"挑战杯"揭榜挂帅专项赛一等奖（2024年，指导老师）。入选浙江省海外高层次人才引进计划（2016年）和国家自然基金委优秀青年项目（2022年）。
第一作者宋丽平副教授简介
宋丽平，博士，副教授，硕士生导师。长期围绕功能高分子材料、胶体与界面化学、生物传感检测开展工作。发展了系列纳米粒子超晶格自组装薄膜技术，并探索了以其为基底调控SERS生物监测性能相关研究。目前以第一/通讯作者身份在Science Advances，Journal of the American Chemical Society，Angewandte Chemie International Edition，ACS Nano，Advanced Science等期刊发表SCI论文20余篇，授权发明专利10余件，其中一件已成功转化。主持两项国家自然科学基金(面上项目、青年项目)及两项省部级基金项目，以主要参与人技术骨干参与国家(区域联合重点项目)及省部级基金项目。以第二完成人身份获得2023年浙江省自然科学二等奖，并获得2023年度浙江省青年科技工作者优秀论文奖等奖项。
