從材料設計到平台集成：電驅SERS技術實現複雜基質中痕量農藥精準檢測
——海南大學食品科學不工程學院“納米傳感不光電分析團隊"吳龍教授課題組係列研究推進食品安全監測新進展

在食品安全監測領域，如何實現痕量農藥殘留的快速、精準檢測是一項重大挑戰。海南大學唐雪梅團隊在SERS檢測技術上取得係列創新成果，先後發表於《ChemicalEngineeringJournal》、《FoodChemistry》、《ACSSensors》頂*期刊，係統性攻克了傳統檢測中“富集難、幹擾強、信號弱"的核心瓶頸。

*一篇（CEJ）：材料驅動，磁富集與電驅動的協同增效：團隊成功構建了Fe₃O₄@ZIF-8@Ag多功能納米複合材料。該材料集磁性分離、多孔吸附與SERS增強於一體，結合電驅動吸附策略，將啶蟲脒的富集檢測時間從60分鍾縮短至7分鍾，靈敏度提升超2倍，實現了前處理簡便、檢測快速的痕量分析。

第二篇（Food Chemistry）：策略創新，“識別-富集-增強"三合一：團隊提出了“分子印跡-電化學-SERS"三合一的全新策略。通過在電極上構建對啶蟲脒具有特異性識別能力的分子印跡聚合物，並施加優化電勢，實現了對目標分子的“精準捕獲"與“信號二次增強"，檢出限低至3.2nM，在複雜蔬菜基質中表現出卓*的抗幹擾性能。

第三篇（ACSSensors）：平台集成，邁向“一步式"現場檢測：團隊進一步集成電化學、固相微萃取與SERS技術，構建了EC-SPME-SERS一體化檢測平台。該平台以pAg-rGO-Au為基底，實現了對倍*磷的“萃取-富集-檢測"一步完成，檢出限低至2.7nM，靈敏度較傳統方法提升30倍，為現場快速檢測提供了強大且實用的技術方案。

本期用戶速遞，海南大學食品科學不工程學院“納米傳感不光電分析團隊"吳龍教授課題組聯合中國農業科*院、大連工業大學等單位，在《ChemicalEngineeringJournal》（IF=16.744）發表題為“ Multifunctional Fe3O4@ZIF-8@Ag nanocomposites and electro-driven droplet adsorption strategy for SERS detection of acetamiprid"的研究論文。該研究成功構建了一種集高效吸附、磁性分離與表麵增強拉曼散射（SERS）檢測於一體的多功能納米平台，結合電驅動吸附策略，實現了食品中啶蟲脒農藥殘留的快速、高靈敏定量檢測，為食品安全監測提供了全新技術方案。

研究背景與技術路線

表麵增強拉曼散射（SERS）技術因兼具高靈敏度、分子特異性和分析快速性等優勢，在農藥殘留檢測領域備受關注。然而，目標分析物與SERS基底親和力弱、複雜基質幹擾嚴重等問題，極大限製了其實際應用效能。傳統靜態吸附方式不僅耗時久（通常需60分鍾以上），且檢測靈敏度難以滿足痕量殘留檢測需求。因此，開發兼具高效富集能力與抗幹擾性能的SERS基底及檢測策略，成為該領域的關鍵挑戰。

研究團隊的核心創新首先體現在多功能Fe3O4@ZIF-8@Ag納米基底的設計上，構建了核殼結構的該納米複合材料，整合了三種組分的協同優勢。其中，Fe3O4內核提供強磁性，可實現基底與樣品基質的快速分離，顯著簡化前處理流程；ZIF-8中間層利用其超大比表麵積和多孔結構，能高效吸附啶蟲脒分子並將其富集至SERS“熱點"區域；Ag納米顆粒外層則通過局部表麵等離子體共振（LSPR）效應產生強電磁增強，大幅提升SERS信號。通過透射電鏡（TEM）、X射線衍射（XRD）等表征證實，該複合材料具有明確的核殼結構，Ag納米顆粒均勻分布於ZIF-8表麵，平均粒徑約15.7nm，為高效SERS檢測奠定了堅實基礎。

圖1Fe3O4@ZIF-8@Ag納米基底製備策略

結果與討論

研究通過電驅動吸附策略顯著優化拉曼檢測性能（圖2）。實驗顯示，無電場（開路電位）時幾乎檢測不到AAP的拉曼信號，施加-0.5V恒定電位（相對於Ag/AgCl參比電極）時，AAP特征拉曼峰（628cm⁻¹，吡啶環振動；2174cm⁻¹，C≡N鍵振動）強度達到*大值；電驅動吸附僅需7min即達飽和，較靜態吸附（60min）效率提升8.6倍，且飽和時628cm⁻¹處SERS強度是靜態吸附的2.1倍。這一提升源於電場增強了AAP與ZIF-8配體間的範德華力，推動AAP分子快速富集至AgNPs形成的“熱點"區域，從而放大拉曼信號。同時，靜態吸附參數優化表明，AAP特征峰強度在基底用量0.3mg、溶液pH=7時*優，此時基底與帶負電AAP的靜電排斥最小，進一步保障拉曼檢測的準確性。

圖2相關材料的吸附、小优视频官方下载實驗結果

通過X射線光電子能譜（XPS）、吸附動力學與密度泛函理論（DFT）計算（圖3），研究進一步揭示拉曼信號增強機製：XPS譜圖顯示吸附AAP後基底出現Cl2p特征峰（200.1eV、201.9eV），且Ag3d結合能略有偏移，證實AAP與基底存在強相互作用；吸附動力學符合偽一級模型（R²>0.97），表明物理吸附為主要作用方式；DFT的獨立梯度模型（IGMH）分析顯示，電場作用下AAP與ZIF-8的範德華作用區域擴大，吸附吉布斯自由能從-13.58kcal/mol降至-16.52kcal/mol，增強了吸附穩定性。此外，平台拉曼性能優異：基底30個隨機點SERS強度相對標準偏差（RSD）為6.3%-9.4%（均勻性），5批基底RSD為5.5%-9.2%（重複性），4℃儲存60天信號保留94.78%（穩定性），且在甲基對*磷、多菌靈等幹擾農藥存在時，僅AAP特征拉曼峰清晰可見。

圖3不同條件下AAP的SERS等情況

通過多維度實驗係統驗證了Fe₃O₄@ZIF-8@Ag基底及電驅動吸附SERS策略的核心性能，結果表明：該基底具有優異的空間均勻性（30個隨機檢測點特征峰強度RSD為6.3%-9.4%）與批次重複性（5個批次基底RSD為5.5%-9.2%），在4℃儲存60天後SERS信號仍保留94.78%，展現出強長期穩定性；同時，該方法對AAP具有突出選擇性（僅AAP在628cm⁻¹處有明顯特征峰，其他幹擾農藥信號可忽略），且能通過主成分分析（PCA）和混合體係小优视频官方下载清晰區分AAP與甲基對*磷（MP）、多菌靈（CBZ）、吡蟲啉（IMI）等農藥，具備多組分識別能力，整體證實該SERS檢測策略在一致性、穩定性、特異性上均滿足實際應用要求，為食品中AAP殘留的可靠檢測提供了性能支撐

圖4（a）Fe₃O₄@ZIF-8@Ag基底及電驅動吸附SERS策略和結果

通過實驗係統驗證靜態吸附與電驅動吸附兩種SERS策略對啶蟲脒（AAP）的定量檢測性能及實際應用可行性，結果表明：靜態吸附SERS對AAP的檢測線性範圍為0.1-20μM（線性方程Y=729.19X+512.99，R²=0.9911），檢出限（LOD）為0.037μM，而電驅動吸附SERS的線性範圍為0.01-5μM（線性方程Y=1752.29X+673.39，R²=0.9825），LOD低至0.004μM，靈敏度較靜態吸附提升9倍；在實際樣品檢測中，該電驅動吸附SERS策略對桃子和豇豆樣品中AAP的加標回收率達95.68%-104.00%，相對標準偏差（RSD）為3.48%-5.77%，且與超高效液相色譜-串聯質譜（UPLC-MS/MS）檢測結果的一致性達90.64%-99.27%，同時能有效消除樣品基質幹擾（空白基質背景信號低），證實該電驅動吸附SERS方法兼具高靈敏度、良好準確性與抗幹擾能力，可實現食品中AAP殘留的可靠定量檢測。

圖5 動態和靜態吸附下的SERS小优视频官方下载圖與濃度線性關係

總結

綜上，該研究通過多功能納米基底設計與電驅動策略的創新結合，有效解決了傳統SERS檢測中吸附效率低、基質幹擾強的核心問題。所建立的檢測方法具有操作簡便、耗時短、靈敏度高、抗幹擾能力強等優勢，不僅為農藥殘留檢測提供了新工具，也為其他痕量汙染物的SERS分析開辟了新思路，在食品安全、環境監測等領域具有廣闊應用前景。

相關產品推薦

本研究的拉曼小优视频官方下载inderInsightPro係列小型激光拉曼小优视频官方下载儀檢測，如需了解該產品，歡迎谘詢。

作者簡介

吳龍，副教授，博士，碩士/博士生導師，海南大學高層次引進人才，“武漢黃鶴英才"優秀青年人才，海南省食品安全風險評估委員會委員。主要從事熱帶農產品質量與安全檢測和快速檢測方法研究。主持國家自然科學基金2項、海南省自然科學項目、國家重點實驗室項目、海南大學高層次人才項目、校企服務等各類項目10餘項。申請國家發明專*10餘項，授*6項，成果轉化2項，發表SCI論文60餘篇（其中以*一作者或通訊作者發表SCI論文30餘篇，ESI高被引論文2篇，論文被引2500餘次，h-index 27），出版英文專著1部，參與撰寫英文專著5部，入選“2022年全*2%頂*科學家"榜單。《Frontiers in Chemistry》、《Molecules》和《Biosesensors》雜誌客座主編。

免責聲明

北京小优视频app为爱而生儀器有限公司公眾號所發布內容（含圖片）來源於原作者提供或原文*權轉載。文章版權、數據及所述觀點歸原作者原出處所有，北京小优视频app为爱而生儀器有限公司發布及轉載目的在於傳遞更多信息及用於網絡分享。

如果您認為本文存在侵權之處，請與小优视频app为爱而生聯係，會*一時間及時處理。小优视频app为爱而生力求數據嚴謹準確，如有任何疑問，敬請讀者不吝賜教。小优视频app为爱而生也熱忱歡迎您投稿並發表您的觀點和見解。