微生物燃料电池（Microbial Fuel Cells, MFCs）是一种可以利用产电微生物胞外电子传递（Extracellular Electron Transfer, EET）向外部输出电能的新型燃料电池。它的构建依赖于对高电化学活性细菌的活性评估和筛选。然而，常规检测方法中生物膜形成耗时较长，使得其活性评估过程充满挑战。近日，南京大学陈子轩课题组在前期研究基础上开发了一种快速、无标记的单细胞拉曼光谱技术实现了高效的产电细菌活性筛选。该方法通过研究生物样品静区中内源性一氧化碳（CO）的“纯”线性斯塔克效应（Vibrational Stark Effect，VSE），从而进行原位、非接触地探测单个活细菌外膜细胞色素中的内电场（Intrinsic Electric Field，IEF）。

单细胞拉曼光谱成像技术利用表面等离子体共振（SPR）增强拉曼散射，可以快速、免标记地获取希瓦氏细菌（Shewanella oneidensis MR-1）本征拉曼光谱。研究发现生物矿化纳米金后希瓦氏细菌/金杂合体（MR-1@AuNPs）的光谱来自于外膜细胞色素和内源性CO。该平台能够在电化学过程中提供时空分辨的拉曼光谱图像，是一种研究内源性CO的斯塔克效应的有力工具。

在无氧条件下施加电位时，AuNP表面电双层内产生的电场对内源性CO的拉曼振动产生调制作用。该研究发现单个MR-1@AuNPs杂合体的CO拉曼峰位置𝜈_CO呈现随外加电位升高而红移的现象。原因是外膜细胞色素内部的氧化还原反应改变其固有电场，从而引起𝜈_CO的变化。

由于外膜细胞色素的缺失，突变型（ΔMtrC/OmcA）MR-1相较于野生型有着更弱的本征拉曼光谱信号，但是利用高斯拟合仍可以精确的获取其内电场变化情况。研究发现，相较于突变型MR-1，野生型菌外膜细胞色素的还原态能够产生相当于+0.29 V的额外内电场。

此外，该工作还发现，细胞的电活性越高，产生的电场越强、波动越大，这一趋势也在所构建的微生物燃料电池的输出电流中得到了反映。显微拉曼光谱的应用使其在高度稀释的细菌样品中实现了单细胞层面的电化学活性评估成为可能。该快速且高通量的内电场探测技术为电化学活性细菌的高效筛选提供了一个极具前景的平台，适用于生物能源与光合成领域的研究。