近日，我校食品科技學院屠康教授和潘磊慶教授團隊，利用水凝膠體系中“乙醇-水”快速置換促使柔性表面增強拉曼光譜（SERS）基底“熱點”致密化，實現了快速、靈敏、多場景的農藥殘留分析。相關研究成果以“Isotropic shrinkage-inspired strategy for plasmonic nanoparticle-loaded hydrogel SERS sensor towards robust and sensitive detection of pesticides”為題，在國際著名期刊《Chemical Engineering Journal》在線發(fā)表。

農藥在農業(yè)生產中的廣泛應用，雖然提高了作物產量，但也對生態(tài)環(huán)境和人類健康構成了嚴重威脅。傳統(tǒng)的農藥殘留檢測方法，如薄層色譜（TLC）、液相色譜-質譜（LC-MS）和酶聯(lián)免疫吸附試驗（ELISA）等，雖然準確可靠，但存在操作復雜、耗時長、設備昂貴等問題，難以滿足現場快速檢測的需求。因此，開發(fā)一種便攜、快速、靈敏的農藥殘留檢測技術成為當務之急。

SERS技術因其高靈敏度、快速響應和便攜性，成為農藥殘留檢測的理想選擇。SERS技術通過增強拉曼信號，能夠檢測到極低濃度的分析物，尤其在痕量農藥檢測中表現出色。然而，傳統(tǒng)的SERS基底在材料均勻性、制造工藝復雜性和多場景適應性方面存在諸多挑戰(zhàn)，限制了其在實際應用中的推廣。

潘磊慶教授團隊創(chuàng)新性地利用聚丙烯酰胺（PAM）水凝膠作為SERS基底框架，通過“乙醇-水”快速置換方法，實現了水凝膠的“各向同性”收縮。這種收縮方式使得水凝膠中的銀納米粒子（AgNPs）緊密聚集，形成了均勻且密集的“熱點”分布，顯著增強了拉曼信號的強度和穩(wěn)定性。實驗表明，與傳統(tǒng)風干（AD）方法相比，乙醇脫水（ED）處理的Ag@PAM水凝膠在12分鐘內即可實現快速SERS增強，且信號均勻性顯著提高（RSD < 10%），對4-硝基苯硫醇（4-NBT）的檢測信號提升了17倍，檢出限（LOD）低至2.21×10^?12 M (~3.43 × 10^–13 g?mL^?1)。

該SERS傳感平臺不僅在液體基質環(huán)境中表現出色，還能有效應用于曲面樣品表面檢測。其對液體環(huán)境中福美雙（一種二硫代氨基甲酸酯類殺菌劑）和噻菌靈（一種系統(tǒng)性苯并咪唑類殺菌劑和寄生蟲除臭劑）的檢出限分別低至5.26 × 10^–10 g?mL^?1和3.00 × 10^–8 g?mL^?1，對曲面樣品（蘋果、葡萄）表面福美雙和噻菌靈的檢出限分別低至2.18 × 10^–9 g?cm^?2和2.35 × 10^–8 g?cm^?2。

研究成果為農藥殘留檢測提供了一種簡單、快速、高靈敏度的新方法，具有廣泛的應用前景。未來，該技術有望在食品安全、環(huán)境監(jiān)測等領域發(fā)揮重要作用，為保障食品和環(huán)境安全提供有力支持。

南京農業(yè)大學食品科技學院潘磊慶教授和蘭維杰副教授為共同通訊作者，博士研究生馬輝為第一作者。參與研究的還有屠康教授、四川成都海關技術中心劉俊正高級工程師，天津海關動植物與食品檢測中心宓捷波研究員和趙孔祥研究員，以及淮安市食品藥品檢驗所蘇晶正高級工程師等。研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、江蘇省市場監(jiān)督管理局科技項目和淮安市自然科學研究計劃等項目的支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.161380