武汉纺织大学生物工程与健康学院沈爱国教授及其团队坚持面向生命健康和公共安全领域，长期从事生物拉曼光谱分析，主要开展生物体、食品及环境等复杂体系拉曼光谱分析的基础和应用研究。
近日，团队年轻教师朱伟博士与北京昌平国家实验室王平教授团队以及华中师范大学高婷娟教授团队紧密合作，研制出超过8种单色、窄带宽的生物静默区叁键拉曼散射聚合物纳米球体探针，在充分的组织切片多色免疫成像实验和获批相关专利基础上，开发成熟的、可落地应用的超多色免疫拉曼试剂，并与王平教授团队联合研发了一台用于多重免疫组化细胞与组织成像的超快拉曼成像仪（见图1），该仪器可实现拉曼光谱（覆盖范围大于4000 cm-1）采集速度不低于1000000条/秒。由于团队在分子设计与SERS标签研制与生物医学应用上的卓越表现，受澳大利亚昆士兰大学张润博士（Dr. Run Zhang）邀请并结合团队今后的工作重点方向，沈爱国教授在分析化学领域顶级期刊《Trends in Analytical Chemistry》（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.trac.2023.117357，中科院一区）上就响应型拉曼探针用于生物成像和生物传感的研究撰写综述文章。
超快拉曼光谱成像仪（上：模块示意图；下：实物图）
同期团队使用该湿法镀金自动化仪程序化调节外延生长条件，实现了一种高安全性的等离子体PUF防伪标签的无人工干预地批量生产。这一工作在著名期刊《Chemical Engineering Journal》（论文链接：https://doi.org/10.1016/j. cej.2023.146063，中科院一区）上发表。该标签由等离子体金纳米结构的微区阵列构成。通过紫外光化学反应形成了随机的微区轮廓，金纳米粒子通过静电吸附在微区内，并通过外延生长获得了随机分布的金纳米结构。三个随机过程，包括掩膜辅助的紫外光化学反应，静电自组装，原位外延生长，确保了标签的多尺度随机特征。随后，三种具有独立随机特征的安全视图被采集，包括亮场、拉曼成像和暗场视图。通过对随机特征的分析，建立了具有鲁棒性的图像认证系统，并根据安全视图计算出单微区内（50×50 μm2）编码容量为1.8×104966，并且随着纳米结构形貌的增加，编码容量也会随之增加。
团队在疫情期间还启动了微生物检测及抗菌的研究，在不同场景的微生物检测和抗菌治疗等方面先后发表了一些研究论文（ACS Appl. Mater. & Inter., 2023, 15, 24162-24174;Nanoscale, 2023, 15, 11163-11178;Analyst, 2023,148, 628-635;Talanta, 2022, 245, 123450;Biosensors, 2023, 13, 75），储备了多种测量技术和检测试剂。众所周知，单个细菌细胞（不可见）经培养生长成菌落（可见）便可实现细菌计数（平板计数法），这一方法至今仍奉为经典，却因时效性（48小时）一直备受诟病。受此启发，团队日前提出一种新奇的设想，通过化学“野蛮生长”的方式加速单个细菌细胞尺寸变大的过程，从而实现微生物的快速检测。
团队同时还开发了一种新的微生物表面聚合壳化、尺寸膨胀的方法，该方法可以使病原体被快速封装为一个比共存的杂质颗粒更大的聚合物微球，化微生物检测为可视化的颗粒计数。这一工作在著名期刊《Analytical Chemistry》（论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c02042，中科院一区）上发表。基于细菌细胞膜表面蛋白的特异性修饰保证了该策略检测的特异性，且整个流程可在6小时内快速完成并具有102CFU/mL和44 CFU/m3的检测限，满足一般公共卫生环境下的灵敏度需求(＜103CFU/m3)。该技术正联合北京数字天眼生物科技有限公司率先研发了“室内空气微生物快速检测装置”（见图3），目前该装置已完成样机研制和现场验证测试，在苏州工业园落地进行产业转化。
室内空气微生物快速检测装置
在学校的大力支持下，生物工程与健康学院沈爱国教授团队将充分结合我校实力强劲的纺织学科的深厚底蕴和传承，坚持生物分子光谱的固有研究方向，进一步擦亮特色并加强科技转化，同时开展可穿戴光电耦合传感新技术和新装置研究，走出一条“纺光织谱”跨界创新的科研新路，为学校申博和建设一流学科贡献微薄力量。
