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随着我国经济社会的快速发展，农药化合物（如杀虫剂和杀菌剂等）被广泛应用于农业生产过程中，与此同时所伴生的农药污染事件，日益成为环保投诉的热点话题，农药的不合理滥用一方面会带来严重的农业污染问题，另一方面会影响到农产品的质量安全，甚至危及农业生态环境和可持续发展。因此，建立可用于农药分子快速且准确的即时检测分析方法意义重大。近年来表面增强拉曼光谱技术（SERS）凭借其操作简单、测定快速、指纹信息丰富等优势已逐渐成为环境分析领域的研究热点，但是传统SERS基底（如金、银等）具有易聚集、分析结果重现性和特异性差等问题，因而影响SERS技术在环境分析中的广泛应用。上海应用技术大学李丹课题组近几年在电化学或静电调控功能材料研究方面取得了一系列的重要进展，如利用电化学原位沉积法构建具体特定形貌结构的SERS传感器件（J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 14108-14117; Anal. Chem., 2011, 82, 9299-9305; J. Mater. Chem., 2010, 20, 3688-3693），此外，通过静电自组装法构建具有“三明治”结构的石墨烯-贵金属杂化材料，实现多种农药分子的原位分析检测（Microchim. Acta，2018, 185: 10）。
基于以上研究背景。近日，该团队在美国化学会Analytical Chemistry上报道了一种基于静电自组装凝胶阵列的液-液界面SERS分析技术，他们首先通过微流控技术制备银包裹的聚乙烯醇凝胶微球（PVA-Ag microgels），并巧妙借助静电吸附作用，设计了一种柔性“精灵”SERS传感器（图1），在带电荷农药分子存在的情况下，农药分子与和带相反电荷PVA-Ag凝胶微球之间发生静电结合，并利用界面乳化作用实现农药分子在微球表面的定向吸附和聚集。该方法一方面利用静电作用原位组装凝胶微球有序阵列结构，另一方面可将微量或痕量农药分子浓缩到高密度微球阵列间隙而获得高灵敏、高特异SERS信号。该液-液界面SERS技术不仅可实现农药分子的原位高效富集和快速筛分，提高分析检测灵敏度，还构建了一种基于静电诱导的自组装凝胶有序阵列结构，提升分析检测结果的稳定性和重复性，较好地弥补了传统SERS基底的不足之处。![]()
图1. 静电自组装凝胶阵列的制备过程及其应用于水中农药分子SERS检测的示意图
值得注意的是液-液界面SERS技术可实现单相或多相体系中农药分子的现场快速筛查和分析检测，他们系统地研究了PVA-Ag凝胶微球检测水相或水-油多相中多种农药分子的SERS光谱（图2, 3），并对SERS传感策略中的检测条件进行了优化。结果表明，该柔性传感器可以在2分钟内完成水中农药分子的检测，此外，该方法无需附加额外前处理装置和复杂分析步骤即可实现农药分子的现场快速检测。PVA-Ag凝胶微球具有稳定有序的表面形貌和纳米结构，可实现批量化生产和连续化检测，结果表明该方法具有良好的重现性和可靠性，因而在环境污染物原位分析和即时检测（point-of-care detection）中显示出巨大的应用潜能。![]()
图2. PVA-Ag凝胶材料用于水相中多种农药分子的SERS检测
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图3. PVA-Ag凝胶材料用于水-油相中多种农药分子的SERS检测
该液-液界面SERS技术的主要优势包括：借助静电作用高效捕集带电荷农药分子，减少样品中其他成分的干扰，显示优异的检测灵敏度；相比于传统的SERS基底，PVA-Ag凝胶微球的制备过程简便且结构稳定可控，适用于单相或多相体系中多种农药分子的分析检测，提升了SERS传感器的特异性和可重复性；整个检测过程快速，无需前处理设备，提高了实际应用的可操作性。这一成果近期发表在Analytical Chemistry上，文章的第一作者是硕士生张钦梅，共同通讯作者为李丹副教授和顾海昕副研究员，研究工作得到了国家自然科学基金项目、上海市自然科学基金和上海市“化学工程与技术（香料香精技术与工程）”高原学科的支持。
Self-Assembled Microgels Arrays for Electrostatic Concentration and Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Detection of Charged Pesticides in SeawaterQinmei Zhang, Dan Li,* Xiukai Cao, Haixin Gu,* Wei DengAnal. Chem., 2019, 91, 11192-11199, DOI: 10.1021/acs.analchem.9b02106
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李丹， 副教授，高级工程师，硕士研究生导师。近五年来以第一作者或通讯作者在Anal. Chem., J. Mater. Chem., Biosens. Bioelectron.等国际期刊上发表SCI论文20余篇（IF>5的文章15篇， 前封面文章2篇），申请（或授权）中国发明专利30余项。先后主持或参与国家重大仪器专项、国家863计划、国家自然科学青年基金和面上项目、上海市教委重点项目、企业委托开发等多个研究项目。目前主要研究方向为：拉曼光谱电化学；智能传感材料设计与应用；食品与环境分析检测。https://www.x-mol.com/university/faculty/49621
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