奈米工程拉曼感測器精準檢測食品病原體 加速食安防護效率

【記者林煜軒／綜合外電】全球每年有近六億人因食物污染而生病，導致約四十二萬人死亡，凸顯食品安全檢測的迫切需求。一項結合奈米工程技術與表面增強拉曼光譜學（SERS）的創新感測器，正在將食品中病原體及微生物毒素的檢測能力推向新極限，有望大幅提升食安防護效率。

表面增強拉曼光譜學（SERS）是一種利用入射光與奈米結構金屬表面電磁場交互作用的技術，能顯著放大微弱的拉曼訊號，進而快速、高度靈敏且專一地辨識出各種食品中的病原體與微生物毒素。這項技術的關鍵在於奈米工程技術的應用，透過將金、銀、銅等奈米粒子製成不同結構，例如金屬奈米粒子（nanoparticles），使其表面電漿能將光線集中於奈米級熱點（nanoscale hotspots），大幅提升訊號增強效果。

研究人員開發了多種奈米結構製造方法，包括化學還原、原位合成及光驅動合成等。其中，多組分奈米結構，如核殼（core-shell）架構、合金及衛星結構，結合了電磁與化學增強機制，進一步提升檢測效能。例如，磁性複合材料能利用外部磁鐵進行目標分離與富集，簡化複雜食品基質中的檢測流程。部分案例中，奈米感測器甚至能在一小時內檢測出起司中的單核細胞增多性李斯特菌，且檢測極限可低至每毫升 7.8 個菌落形成單位（CFU/mL）。

這項奈米工程感測器已能檢測多種病原體與毒素，展現極高靈敏度。例如，可在四十分鐘內檢測出蠟樣芽孢桿菌的生物標誌物，濃度低至 0.3 奈莫耳；諾羅病毒 RNA 檢測極限為 0.16 飛莫耳。此外，透過與人工智慧技術結合，例如機器學習分類器與深度卷積神經網絡（deep CNN），這些感測器能以高達 99.7% 的準確率辨識多種病原菌。然而，人工智慧在 SERS 應用仍面臨挑戰，包括需要大量經過整理的光譜數據、深度網絡的可解釋性不足，以及多數研究仍使用純菌培養物而非真實食品樣本進行測試。未來，研發方向將包括綠色合成基材、微流控自動化、可攜式物聯網設備，以及抗噪音演算法等，以克服現有障礙並擴大實際應用。

參考來源

• Nanoengineered Raman Sensors Push Food Pathogen Detection to…（Bioengineer.org）