中国工程院食品安全院士团队

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近年来，致病菌引发的传染病持续威胁全球公共卫生安全，如何实现致病菌的早期快速检测与现场高效消杀成为亟待解决的医学难题。传统检测方法如平板培养、聚合酶链反应等，普遍存在操作繁琐、耗时较长、成本偏高的问题，而质谱等技术又受限于专业设备和复杂预处理，难以满足即时检测需求。在此背景下，宁波大学研究团队开发的多功能 BP@MoS₂二维杂化纳米材料，为解决这一困境提供了全新方案。

这种纳米复合材料的核心优势在于其独特结构设计。通过水热法将二硫化钼（MoS₂）组装到黑磷（BP）纳米片上，形成了具有 flower-like 表面微结构的二维网络。当 BP 与 MoS₂浓度比优化为 1:0.5 时，材料表面形成有序连续的涂层，既避免了单一 MoS₂易团聚的问题，又解决了 BP 稳定性差的缺陷。这种结构不仅显著提升了目标分子的富集效率，还通过杂化能带结构促进了电荷的高效转移，为高灵敏度检测奠定了基础。

图 1 : BP@ MoS₂纳米复合材料的制备流程及不同 BP 与 MoS₂浓度比下的 SEM 图像。

在检测性能上，BP@ MoS₂纳米复合材料展现出优异的表面增强拉曼光谱（SERS）活性。实验显示，其对罗丹明 6G（R6G）等探针分子的增强因子（EF）高达 1.69×10⁷，检测限低至 2.5×10⁻⁶ M。更重要的是，该材料实现了对大肠杆菌的无标记直接检测，通过捕捉细菌细胞壁脂多糖、肽聚糖等成分的特征拉曼信号，检测限可达 1.02×10⁴ CFU/mL，远低于可能引发严重疾病的致病菌浓度阈值（1×10⁶ - 3×10⁸ CFU/mL），为早期感染诊断提供了可靠工具。同时，材料的检测 reproducibility 良好，不同批次样品的相对标准偏差（RSD）低于 11.5%，且储存 8 周后信号仅下降约 20%，稳定性显著优于传统贵金属基底。

图 2 : BP、MoS₂及不同比例 BP@MoS₂的吸收 / 拉曼光谱，及 1:0.5 比例的微观结构与元素分析图。

除检测功能外，该纳米材料还具备强大的协同光消杀能力。在 808nm 近红外激光照射下，500μg/mL 的 BP@MoS₂溶液能在 500 秒内将温度升至 58.8℃，光热转换效率达 44.5%，远高于单一 BP 或 MoS₂的效果。更关键的是，其 II 型杂化能带结构可高效分离光生电子 - 空穴对，产生大量具有强氧化性的羟基自由基等活性物质，实现光催化杀菌。两种机制协同作用下，仅需 8 分钟即可将大肠杆菌的消杀率提升至 99.66%。

图 3 :呈现 1:0.5 比例 BP@MoS₂的 XPS 谱图及 BP@MoS₂、纯 BP、纯 MoS₂的 XRD 图谱。

实验数据进一步验证了其消杀效果：经材料处理并激光照射后，培养基上的细菌菌落几乎完全消失，而单一 BP 或 MoS₂处理组仍有大量菌落存活。扫描电镜观察显示，被 BP@MoS₂处理的细菌出现明显细胞膜破损和细胞质泄漏，而对照组细菌结构相对完整。此外，材料在 4 次激光开关循环中仍保持稳定的光热性能，证明其可重复使用性。

图 4 : SERS 检测示意图、R6G/CV/MB 的 SERS 光谱、强度分析及电荷转移机制图。

相比传统贵金属 SERS 基底，BP@MoS₂纳米复合材料成本更低、生物相容性更好，且克服了热点分布不均导致的信号波动问题。其集 “检测 - 消杀” 于一体的特性，突破了传统技术中检测与消杀分离的局限，为构建一体化临床诊疗平台提供了可能。研究团队表示，未来可通过在材料表面修饰细菌特异性配体，实现对病灶部位的精准靶向，进一步提升在急性重症细菌感染治疗中的应用价值。

图 5:呈现光动力机制、R6G 降解的吸收光谱及不同材料上的 SERS 降解光谱变化。

这项研究不仅为致病菌的高效检测和即时消杀提供了新型工具，更推动了二维半导体杂化材料在生物医学领域的应用。随着技术的完善，这种多功能纳米平台有望在临床诊断、环境监测等领域发挥重要作用，为应对全球细菌感染挑战提供有力技术支撑。

参考文献：Liu X, Dai Y, Yao W, et al. Development of multifunctional BP@ MoS₂ two-dimensional hybrid nanomaterials for label-free surface-enhanced Raman spectroscopy detection and synergistic light-conversion depredation of pathogenic bacteria[J]. Talanta, 2025: 128700.

来源：微生物安全与健康网，作者~徐礼龙。