梁營芳,周化嵐,王 燕,王 鋒

(上海理工大學 醫(yī)療器械與食品學院,上海200093)

隨著商品產(chǎn)業(yè)化的快速發(fā)展,大規(guī)模的食品生產(chǎn)可以在短時間內(nèi)迅速完成。然而在追求高效率的過程中,發(fā)生了許多食品安全事故,例如食品中含有來自非法成分的有害物質(zhì)、農(nóng)藥獸藥殘留、來自機械或生物濃縮的重金屬污染以及長期儲存產(chǎn)生的毒素。在這種情況下,開發(fā)快速、可靠的檢測食品安全與質(zhì)量問題的方法和技術迫在眉睫。常用的測定方法主要有高效液相色譜法(HPLC)、氣相色譜法(GC)、薄層色譜法(TLC)、質(zhì)譜法、酶聯(lián)免疫吸附試驗(ELISA)等[1-3]。然而,上述測定方法均需要昂貴的儀器、訓練有素的操作人員,一般在實驗室中進行,但操作較為耗時,使這些方法對樣品的現(xiàn)場檢測存在巨大障礙。

表面增強拉曼光譜(SERS)是一種與納米尺度效應相關的拉曼散射現(xiàn)象。一般情況下,樣品的拉曼信號非常微弱。但當待測樣品吸附于具有納米量級粗糙度的金屬(常用金或銀)結構表面時,樣品分子的拉曼信號將得到極大的增強,這就是所謂的表面增強拉曼散射現(xiàn)象[4]。SERS因具有靈敏度高、響應迅速以及“指紋”識別等特點,在快速檢測食品污染物等方面具有巨大的應用前景[5]。本文介紹了SERS的增強機理、基底種類與聯(lián)用方法以及其檢測技術在重金屬離子、農(nóng)獸藥殘留、食品添加劑、非法添加物、食源性致病微生物等方面的應用。

1 SERS增強機理

目前,人們對于SERS的增強機理還沒有特別清晰的認識,這主要是因為具有SERS效應的體系非常復雜,體系表面形貌和表面電子結構、光和粗糙表面的相互作用、光和分子的相互作用、分子在表面的取向、成鍵作用以及分子和表面的周邊環(huán)境、入射光的強度、頻率、偏振度和偏振方向等因素對SERS譜圖的影響均比較復雜[6]。研究表明SERS增強機理主要有兩種:電磁場增強機理(EM)和化學增強機理(CM)。電磁場增強機理是由吸附在粗糙金屬表面的等離子體共振引起的,可使散射強度倍增至1014[7]。但是,電磁場增強機理的推導中未考慮分子的特性,因此電磁場增強對所有分子的拉曼散射的放大應當是相同的。然而,大量研究表明待測樣品的SERS光譜上特征峰的相對強度與其常規(guī)拉曼光譜差別很大[4]。而化學增強機理與電磁增強機理不同,它是由金屬納米表面與待測分子之間的電荷轉(zhuǎn)移引起的,其增強的量級一般為10～1 000。這兩種機制同時作用,可以增加SERS的增強因子。

2 SERS基底

SERS檢測技術的發(fā)展主要是由于越來越多基于納米結構的SERS基底的出現(xiàn)。目前,制備SERS活性基底的材料有金屬納米材料(貴金屬和過渡金屬)和非金屬納米材料(半導體、石墨烯和量子點等)[8],而且隨著納米技術的進步,具有不同尺寸、形狀和組成的基底被廣泛應用于食品分析。SERS的增強不僅與活性納米結構有關,還與目標分析物和底物之間的相互作用以及基片的功能化有關[9]。研究表明SERS基底可分為膠體基底和固體表面基底。膠體基底是獲得SERS信號最直接的方法,但在溶液體系中,很難控制其組裝和定位。相反,固體表面基片可以很好地控制熱點的形成和分析物的位置,從而表現(xiàn)出更好的增強性和重現(xiàn)性[10]。食品是一個復雜多組分的體系,根據(jù)不同樣品的性質(zhì)選擇合適的基底對于SERS檢測來說是十分必要的。

2.1 膠體基底

金、銀膠體是最常用的SERS基底,其顆粒直徑為10～200 nm。這些金屬納米粒子制備簡單、材料便宜、穩(wěn)定性好,同時其SERS性能優(yōu)良。金納米溶膠的制備通常采用FRENS等[11]的方法,使用檸檬酸鈉還原氯金酸來制備金納米顆粒。其中,金納米顆粒的粒徑大小可通過檸檬酸鈉的添加量來調(diào)節(jié);銀納米溶膠則通常采用LEE等[12]的方法來制備,煮沸條件下向硝酸銀溶液中加入檸檬酸鈉,劇烈攪拌1 h便能得到。

由于納米顆粒的尺寸和形狀可以影響其等離子體共振吸收特性,因此合成合適的納米粒子對于其SERS性能的優(yōu)化具有重要意義。金屬納米粒子可分為兩類:一類具有光滑的表面形貌,包括納米棒、納米線[13]等,另一類包括納米星[14]、納米薄片[15],具有鋒利的邊緣,比表面光滑的納米粒子具有更大的電場。HUY等[16]通過銀納米粒子SERS檢測三聚氰胺,結果證實SERS增強效應因子取決于銀顆粒的結構形式,在幾種不同類型的銀納米結構中,樹莓狀的銀納米粒子表現(xiàn)出最強的信號。但是,由于金、銀納米粒子在環(huán)境中不穩(wěn)定,特別是銀納米粒子,為了克服這些缺點,研究人員通過不同材料制備了不同結構的SERS基底。2010年LI等[17]研發(fā)了殼隔離納米粒子增強拉曼光譜,在金納米顆粒外面包裹一層二氧化硅或三氧化二鋁,超薄涂層防止納米粒子團聚,將其與被探測材料直接接觸分離,使納米粒子符合不同的基片輪廓;SIVASHANMUGAN等[18]采用了聚焦離子束和納米壓痕的方法制備了金/銀/金納米棒和金納米刻度陣列,研究發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的該納米陣列有較強的SERS效應,增強因子為2.15×108;YASEEN等[19]通過銀包金SERS檢測方法檢測樣品中的農(nóng)藥殘留,Au＠Ag納米顆粒中金核尺寸為26 nm,銀殼層厚度為6 nm,表現(xiàn)出明顯的拉曼增強,特別是Au＠Ag納米顆粒與靶分子相連,引起了納米顆粒聚集產(chǎn)生熱點。研究結果表明,采用該方法可以準確識別農(nóng)藥(噻氯啉、丙硫磷和惡唑)的特征波數(shù)。

另一方面,由于金屬納米顆粒表面的靜電排斥作用能使膠體穩(wěn)定下來,液體食品樣品的電荷很大程度上會影響目標物與納米離子之間的吸附,食品樣品容易影響金屬膠體的pH[5]。因此,需要提高膠體底物的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。

2.2 固體表面基底

在實際應用中需要儲存穩(wěn)定性和重現(xiàn)性均較強,便于攜帶且不易受外界環(huán)境影響的SERS基底。為克服這些問題,將納米顆粒組裝在固體襯底上制備固體SERS基底,以提高基底的穩(wěn)定性和便攜性[4]。不同材料與結構的基底表現(xiàn)出不同的特性,NGUYEN等[20]制備了3種新型基片來檢測農(nóng)藥:石墨烯-金膜-金納米棒(G-Au-Au NR)基片、金膜-金納米棒(Au-Au NR)和與金納米棒耦合的石墨烯(GAu NR),結果表明G-Au-Au NR底物能在百萬分之一的水平上檢測3種農(nóng)藥,檢出限分別在5,5,9 mg·L－1左右,這表明金納米棒和石墨烯結合制備的基板在SERS檢測中具有巨大的潛力。石墨烯由于其優(yōu)異的光學和電子特性被廣泛應用于SERS領域。KANG等[21]綜述了石墨烯相關的襯底,包括石墨烯增強拉曼散射(GERS)和石墨烯介導的拉曼散射(G-SERS)。

納米點陣列是典型的零維(0D)納米結構,金屬納米點的尺寸與金屬材料的厚層是增強SERS的關鍵[10]。相比0D納米結構,一維結構如單金屬、雙金屬納米棒陣列具有更強的SERS活性。常智義等[22]通過靜電紡絲工藝,將修飾了β-環(huán)糊精的Au NPs聚合液制備成靜電紡絲薄膜,并以此金納米陣列薄膜作為SERS基底,以羅丹明6G作為探針分子,獲得了優(yōu)異的SERS效果,增強因子約為105,檢測限達到10－6級以下,且基底材料的重復性較為優(yōu)越。在研發(fā)二維結構的過程中,LEE等[23]通過對納米材料的表面化學性質(zhì)進行調(diào)控,制備出了3種不同排列模式的正八面體二維陣列作為SERS基底,近年來,復雜的三維納米結構得到了很大的關注,其在三維空間能提供高密度的“熱點”,ZHANG等[24]在3D Ni泡沫基板上形成氧化石墨烯(GO)納米結構和GO＠MoS2/Au NPs納米結構,用于SERS檢測。更小更密集的Au NPs“熱點”被旋轉(zhuǎn)地涂覆在諸如GO＠MoS2/Au NPs納米結構的網(wǎng)格上,以形成Au NPs/GO＠MoS2/Au NPs SERS基質(zhì)。GO納米網(wǎng)格的分支被用作均勻的納米間隙,形成密度較高的“熱點”并吸收分子,從而產(chǎn)生高電磁(通過FDTD模擬證實)和信號增強。王盼[25]研創(chuàng)了一種穩(wěn)定性強的3D仿壁虎腳的納米“觸角”SERS新基底(G-SERS),并將其應用于果蔬表皮農(nóng)藥殘留的快速、高效采集和非標記、無損檢測。

此外,開發(fā)具有柔性、黏著的SERS基底也是一個熱門的研究方向,柔性基材如棉花、膠帶、紙張等能應用于不規(guī)則食品表面,為SERS檢測提供了方便。CHEN等[26]用膠體金納米粒子(Au NPs)對工業(yè)膠帶進行表面修飾,制備出一種具有SERS活性和“黏性”的新型基材。通過簡單可行的“糊狀剝離法”直接提取果蔬中的農(nóng)藥殘留,驗證了SERS膠帶的實用性。

相較于傳統(tǒng)的固體表面基底,SERS芯片具有其獨特優(yōu)勢,為SERS檢測方法的重復性和可靠性提供了一個高效平臺。TANG等[27]研發(fā)了磁性可移動拉曼增強檢測芯片,在環(huán)境污染物的檢測中,具有磁性的可移動等離子體超晶格陣列可以快速分離,利用這一技術,成功制備了一種磁性可移動的SERS芯片,并實現(xiàn)了孔雀石綠、福美雙、敵草快、多環(huán)芳烴等農(nóng)藥和環(huán)境污染物分子的高靈敏度檢測[28]。雖然固體表面基片的制備相對困難,但其不存在聚集問題,因此固體表面基片具有較好的穩(wěn)定性、重現(xiàn)性和靈敏性[10]。

3 SERS與其他方法聯(lián)用

SERS具有快速、無損、痕量等特點,是一種具有廣泛應用前景的檢測技術。但是在實際檢測中,由于食品的組成比較復雜,待測樣品往往含有兩種或兩種以上的成分,其他分子可能與目標分析物有相似的物理化學性質(zhì),產(chǎn)生相似的強拉曼峰,影響結果的靈敏度和準確性。而且許多生化分子由于結構復雜不能用單一的分析技術進行檢測。為了解決這一困難,人們將SERS與多種技術相結合增強其檢測性能,如針尖增強拉曼技術[29]、化學分離[30]、生物捕獲技術[31]、比色技術[32]和基于微流體的設備[33]。這些技術的結合促進了分析化學的進步,并在各個研究領域得到了廣泛的應用。

作為一項聯(lián)用技術,SERS能同時獲得材料的表面形貌及表面物種的光譜信息,對于實現(xiàn)固-氣界面或固-液界面納米尺度分辨率的原位表征具有獨特的優(yōu)勢[34]。ZHANG等[29]利用超低溫超高真空掃描隧道顯微鏡-TERS聯(lián)用技術(STM-TERS)實現(xiàn)了等離子體增強拉曼散射對單個卟啉分子的化學映射。隨后他們又利用非線性掃描隧道顯微鏡-TERS聯(lián)用技術區(qū)分了相距0.3 nm的兩種結構相似的卟啉分子[35]。針對化學分離技術,張旻[36]結合了分散液相微萃取(DLLME)簡便、快速、廉價且環(huán)保等特點和SERS快速、高通量、痕量檢測等特點,用便攜試劑盒實現(xiàn)了DLLME-SERS聯(lián)用檢測水中多環(huán)芳烴芘的方法,最低檢出限為0.50μg·L－1。在生物捕獲技術方面,FENG等[37]將分子印跡聚合物(MIPs)與SERS相結合,建立了一種新型的MISPE-SERS化學傳感器,用于測定橙汁中噻菌靈的含量,動力學和靜態(tài)吸附試驗驗證了MIPs對噻菌靈的有效分離和富集,整個過程僅需23 min,檢出限為4 mg·L－1。PARISI等[38]在微流控通道中,采用原位電偶置換的方法制備了一種集成銀納米粒子的微流控器件,用于農(nóng)藥如呋喃類和甲草胺的實時檢測,檢出限低至5 mg·L－1。

4 SERS在食品有害物質(zhì)檢測中的應用

SERS作為一種現(xiàn)代分析技術,在檢測重金屬殘留、農(nóng)獸藥殘留、添加劑、非法添加物、食源性致病微生物等方面有良好的應用前景。XIE等[10]、YASSEN等[5]系統(tǒng)地歸納了SERS在檢測食品有害物質(zhì)中的應用,極具參考價值。

4.1 重金屬殘留

重金屬污染主要是鉛、汞、鉻、鎘、鋅等在水體、土壤中的殘留。這些重金屬具有富集性,在環(huán)境中很難降解,并會通過食物鏈對人體造成傷害。重金屬能使人體內(nèi)蛋白質(zhì)或者酶失活,也能在某些器官內(nèi)富集,造成急性中毒、慢性中毒等。SERS作為一項痕量檢測技術在重金屬檢測中得到了廣泛的應用,具體見表1。

汞離子是水體中常見的重金屬離子,對人體的中樞神經(jīng)系統(tǒng)造成影響。胡寶鑫等[47]用巰基丙烷磺酸鈉修飾銀納米基底,通過巰基與銀納米粒子和汞離子等的特異性結合的特點,定量檢測汞離子濃度,在沒有干擾離子和干擾離子為鎳離子等情況下,該方法具有較好的測試準確度,結果偏差小于20%。次年,ZENG等[48]將DMc T修飾的Au＠Ag納米粒子作為SERS探針檢測Hg2＋,由于Hg2＋與氮原子之間有較強的配位作用,檢出限低于10－8mol·L－1。鎘是重金屬污染元素之一,廣泛存在于化肥、土壤、飲用水中,也存在于一些果蔬中,如蘑菇等。DASARY等[49]利用高拉曼活性物質(zhì)茜素染料修飾金納米粒子,將3-巰基丙酸、2,6-吡啶二甲酸固定在納米粒子表面,以實現(xiàn)鎘的選擇性配位,檢出限可達1×10－5mg·L－1,該方法簡單、快速、重復性好,具有推廣潛力。鉻離子對呼吸道有很強的刺激作用,經(jīng)常接觸易得鼻炎、支氣管炎。LV等[50]通過在Fe3O4＠Au表面涂覆2～6 mm的TiO2層,有利于富集Cr(Ⅵ),檢出限為5×10－8mol·L－1,該底物對于Cr(Ⅵ)的選擇性優(yōu)于其他共存離子。

表1 SERS在其他重金屬檢測中的應用Tab.1 Application of SERSin the detection of other heavy metals

4.2 農(nóng)藥及獸藥的殘留

4.2.1 農(nóng)藥殘留

農(nóng)藥在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中起著至關重要的作用,具有防蟲治病、調(diào)節(jié)植物生長等作用。但是,過度使用或者誤用農(nóng)藥會造成殘留問題,對人體健康產(chǎn)生不同程度的影響。因此,為了保障農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量與安全,通過SERS檢測技術對果蔬作物進行快速農(nóng)殘檢測。

農(nóng)藥品種按照用途可分為殺蟲劑、殺菌劑、除草劑、植物生長調(diào)節(jié)劑、殺鼠劑等。2014年,ZHANG等[51]將Au＠Ag NPs作為SERS基底,然后將納米顆粒溶膠直接涂在蘋果表皮,對果皮表面的福美雙和甲胺磷進行了原位同時檢測,結果表明,蘋果表面福美雙的最低檢測濃度為4.6×10－7mol·L－1,甲胺磷的最低檢測濃度為4.4×10－4mol·L－1。LUO等[52]通過迭代播種法在偽紙膜(PPFs)上原位合成了金納米粒子(Au NPs),形成了一種結構均勻、性能靈活、具有吸芯能力的新型Au NPs-APPFs,并將其作為SERS基片用于表面農(nóng)藥殘留的檢測,該方法可在蘋果皮上同時檢測到福美雙、甲基對硫磷和孔雀綠,其中福美雙的檢出限為1.1 ng·cm－2。HOU等[53]采用原位SERS和液相色譜-質(zhì)譜法(LC-MS)對不同時間采摘的菠菜葉片中樂果殘留量進行檢測。采用SERS在60～110μm深度范圍內(nèi)檢測到大部分已經(jīng)滲透的樂果,采用LC-MS測定了菠菜葉中樂果含量為0.17 ng,兩種方法的結合有助于更好地理解殺蟲劑在復雜生物體系中的行為。

XU等[54]通過一種新型的含金納米粒子的SERS活性底物修飾二氧化硅膜(Au NPs＠SiO2),采用自組裝的方法制備SERS傳感器,再結合化學計量學方法對牛奶中2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)的殘留量進行了測定?；谒_發(fā)的SERS傳感器,采集了牛奶中不同濃度2,4-D提取物的SERS光譜,并用偏最小二乘法(PLS)對光譜進行了分析,結果表明該光譜具有較好的穩(wěn)定性,檢出限為0.01μg·L－1,線性范圍為10－2～106μg·L－1。

4.2.2 獸藥殘留

獸藥處方非法添加情況復雜,一些不法商家為提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和銷量,往往會在畜牧業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖以及生產(chǎn)加工過程中過度添加此類物質(zhì)。利用痕量、快速的SERS技術,從獸藥中篩檢出此類物質(zhì)越來越受到重視,具體見表2。

CHEN等[64]提出了一種簡便、靈敏的SERS與樣品兩步預處理相結合的方法,用于實際牛奶樣品中青霉素G(PENG)的殘留檢測,結果表明在最佳檢測條件下,檢出限為2.54×10－9mol·L－1(等于0.8μg·kg－1),低于歐盟標準限值(4μg·kg－1),在1.0×10－8～1.0×10－3mol·L－1濃度范圍內(nèi),線性關系良好。之后該課題組以銀納米粒子(Ag NPs)為底物,輔以聚合劑硫酸鎂(MgSO4),檢測抗生素卡本西林二鈉(CBDM),該抗生素通過羧基與基底結合。當MgSO4的濃度為1×10－2,pH為6時,CBDM的增強幅度最大,檢出限為0.63×10－8mol·L－1,低于歐盟規(guī)定的抗生素最大殘留限量標準(1.2×10－8mol·L－1)[65]。

表2 SERS在其他農(nóng)獸藥物檢測中的應用Tab.2 Application of SERSin the detection of other agricultural and veterinary drugs

MENG等[31]研究了一種檢測水產(chǎn)品中土霉素(OTC)的新方法。該方法是基于DNA序列連接的金納米粒子(分別為13 nm和80 nm)之間的拉曼熱點構建的,DNA序列與OTC適配體結合,拉曼信號分子(4-MBA)在13 nm的Au NP表面進行了修飾。OTC暴露后,適體序列優(yōu)先與OTC結合,并部分脫氫,其互補序列使13 nm Au NP更接近80 nm Au NP,從而提高了拉曼強度,產(chǎn)生了更強的“熱點”。在最佳試驗條件下,SERS信號與OTC濃度在4.6×10－2～4.6×102fg·mL－1范圍內(nèi)呈正相關,檢出限為4.35×10－3fg·mL－1。該方法具有較高選擇性,為多種傳感應用提供了一種很有前途的策略。

4.3 食品添加劑

目前,食品添加劑已成為食品生產(chǎn)加工過程中必不可少的物質(zhì)。其按照功能可分為著色劑、防腐劑、抗氧化劑、甜味劑等,用于改善食品色、香、味等品質(zhì)以及用于食品防腐。但是,濫用或者超過規(guī)定的劑量使用添加劑會造成食品的質(zhì)量安全問題。

AI等[63]在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)表面活性劑存在下,用抗壞血酸還原硝酸銀,合成花狀銀納米粒子,檢測4種不同的食品著色劑(食品藍、石杉堿、日落黃、酸性紅),檢出限分別為 79.285,5.3436,45.238,50.244μg·L－1。YAO 等[66]在2012年使用金溶膠作為活性基底檢測了2,6-二叔丁基對甲酚(BHT),檢測限可達10 mg·L－1。之后該課題組等合成了用于敏感、快速、方便、無損檢測的核殼納米材料,選擇最佳合成條件進行半定量檢測。通過SERS篩選,檢測了黃魚、紅燒肉、紅辣椒、青餃、紅酒中的酸橙II和亮藍。結果與標準高效液相色譜法比較,驗證了SERS的正確性,以及核殼納米粒子在快速檢測食品中的色素方面具有良好的性能[67]。

WANG等[68]以ZnO＠Ag空心納米球為模型,研制了一種用于測定食品中亞硝酸鹽的SERS傳感器。該傳感器4-氨基噻吩醇(4-ATP)和1-萘胺(1-NA)的相互作用,使ZnO＠Ag空心納米球基片表面的亞硝酸根有明顯的增強作用。在優(yōu)化的試驗條件下,亞硝酸鹽檢測的線性范圍為1×10－8～1×10－3mol·L－1,檢出限為0.3×10－8mol·L－1,該SERS基底的增強因子為3.17×108。

4.4 食品非法添加物

食品非法添加物并非可食用添加劑,而是危害性未知或者因毒性較大而被禁止的化學合成物[69],如三聚氰胺、吊白塊等。隨著食品工業(yè)的發(fā)展,一些不法商家為謀取私利在食品中加入非法添加物,損害了人體健康,影響社會安定。因此,建立一種快速靈敏的檢測方法對于食品工業(yè)健康發(fā)展十分重要。

CREEDON等[70]介紹了在柔性熱塑性聚合物表面模板化納米結構,用鋁蘇打罐模板制備透明表面增強拉曼散射基片,再在表面沉積銀的方法,檢測牛奶和嬰兒配方奶粉中的三聚氰胺。檢測結果同商用串聯(lián)質(zhì)譜儀(MS-MS)相對比,具有相似靈敏度。YU等[30]將磁性納米粒子與磁性固相微萃取(SPME)裝置相結合,提出了分散磁性微萃取-SERS檢測方法,實現(xiàn)了富集、磁分離、檢測一體化,用以檢測保健酒中枸櫞酸西地那非(SC)含量,檢出限為1.0×10－8mol·L－1,從富集到檢測只需10 min。

4.5 食源性致病微生物

世界衛(wèi)生組織將食物傳播疾病定義為由通過攝入食物進入人體的病原體引起的疾病,通常是傳染性疾病或有毒疾病[71]。常見的食源性致病微生物有沙門氏菌、金黃色葡萄桿菌、大腸桿菌O157:H7、李斯特菌、芽孢桿菌以及一些病毒。傳統(tǒng)的微生物檢測方法較為費時,無法達到快速檢測的目的。SERS技術高效、靈敏,在快速檢測食源性微生物中具有良好應用前景。

ZHANG等[72]通過在聚甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯(POEGMA)刷中加入多層銀納米粒子(Ag-NPs),利用堆垛法探索三維(3D)SERS基底的制備方法,檢測金黃色葡萄球菌,檢出限為8 CFU·mL－1。BOZKURT等[73]建立了一種利用堿性磷酸酶(ALP)酶活性檢測大腸桿菌(E.coli)的夾心免疫分析方法,同時合成了球形磁性包金核殼納米顆粒(MNPs-Au)和棒狀金納米顆粒(Au NRs),并對其進行了改性,檢出限為10 CFU·mL－1。

LIAO等[74]提出了一種基于三維SERS和激光誘導擊穿光譜(LIBS)相結合的細菌定性定量檢測方法。采用改進的原位合成方法制備了SERS活性Ag NPs,并通過原位合成樣品液滴的自然蒸發(fā)獲得了細菌的可重復SERS光譜。整個檢測過程,包括樣品制備和檢測,可在約30 min內(nèi)完成,分析時間短,操作簡單,所提出的策略顯示了細菌分析的巨大潛力。

5 結論與展望

SERS作為一種快速、靈敏的檢測技術,在檢測重金屬污染、農(nóng)獸藥殘留、濫用食品添加劑、食源性致病微生物等方面起著重要的作用。但是,目前SERS技術在食品安全檢測的實際應用中仍處于起步階段,在理論分析、定量分析方面也面臨著相應的挑戰(zhàn)。

第一,對于SERS機理的解釋尚未達到清晰的地步,對某些SERS現(xiàn)象也無法進行充分解釋。電磁場增強機理和化學增強機理是目前主要的兩種理論支撐,但尚未得到一致認同。因此,對SERS的理論研究還需不斷進行。

第二,雖然SERS基底的制備材料與方法多種多樣,但仍然面臨著不穩(wěn)定、重現(xiàn)性差、成本高、結構不均勻等問題。復雜的二維或三維納米結構能產(chǎn)生較多“熱點”,但它們很少應用于食品安全分析中,未來可以在這方面進行深一步的研究。

第三,由于同一待測樣品在不同試驗條件下,其信號強度會有差異,因此將SERS應用于定量分析仍然是一個挑戰(zhàn)。通過將化學計量學方法和光譜數(shù)據(jù)分析相結合,以及拉曼光譜儀器和納米基底的發(fā)展,SERS定量分析方面有了一定的進展,但是在定量的精度方面仍需繼續(xù)研究。

第四,不同樣品的迅速測定需要建立一個統(tǒng)一的拉曼光譜譜圖庫。但由于SERS信號的強度受檢測環(huán)境、基底等因素影響,因此建立該圖庫還需要做大量的工作。

第五,目前SERS研究僅側(cè)重于少量有害物質(zhì),對于無機有害物質(zhì)的研究較少。同時,對于樣品的選擇也比較單一,例如農(nóng)藥的樣品往往是果汁、水果,很少研究小麥等農(nóng)作物。

總之,作為一種新興的分析檢測技術,SERS技術在食品安全檢測領域展現(xiàn)出極大的潛力。在未來,SERS技術可以通過技術聯(lián)用提高檢測的靈敏性,如與化學分離技術、生物捕獲技術等。在現(xiàn)場檢測方面,為了快速、便捷的獲取結果,可致力于開發(fā)便攜式拉曼光譜儀,該方法應用于現(xiàn)場快速檢測具有廣闊的前景。