西安交大科研人员在分子选择性富集与增强光谱检测领域取得重要进展

表面增强拉曼光谱(SERS)是一种能提供分子指纹精细信息的振动光谱技术，具有单分子级灵敏度，在公共安全、环境污染、食品卫生、生命医学等多个国家急需便携式快速检测领域具有广阔应用前景。但是SERS技术在商用化过程中，仍然面临着两大瓶颈：首先是对本征散射截面较小或与金属表面亲和力弱的目标分子检测灵敏度低。为此，研究人员利用抗原-抗体、适配体修饰等多种方法将目标分子捕获到金属表面，但实现目标分子的超快速捕获以满足现场的便携式检测仍然是一个严峻的挑战。其次是外界环境基质/杂质干扰。在实际样品检测中，基质分子的干扰会导致金属表面因非特异性吸附而失活，进而导致目标分子难以有效地被吸附到金属表面。因此，在实际应用中，通过快速有效的样品预处理来消除复杂基质的干扰具有重要意义。近年来，研究人员提出了选择性分离、富集浓缩和目标分子的空间定位等策略来解决这一长期挑战，但复杂环境中痕量目标分子的高效检测依然是一项技术挑战。

鉴于此，西安交通大学方吉祥教授团队受微孔β-环糊精与有机污染物形成主客体快速吸附思路的启发，提出了增强光谱快速检测用一种新的分子选择性富集策略。该团队将磁性纳米颗粒引入β-环糊精聚合物中(MN-PCDP)，从含有复杂基质的真实样品中快速分离和高效富集持久性有机污染物分子，消除了复杂基质分子的干扰，实现了对有机污染物分子的超灵敏快速检测(如下图1所示)。该策略具有超高的分子吸附效率，能够在短时间内(2~3 min)完成对目标分子的高效捕获、选择性分离和高倍富集(~103倍)。实现了对于常规分子fM水平的检测，为SERS技术在商业化和实际检测中的应用提供了一种新思路，在基于增强光谱技术的现场、快速、便携式检测方面具有重要应用价值。

图1.基于磁性纳米颗粒-β-环糊精聚合物的增强光谱技术方案示意图

该研究成果以“基于磁负载介孔海绵的有机污染物分子超快高效富集型超灵敏纳米传感器”(Ultra-rapid and highlyefficient enrichment of organic pollutants via magnetic mesoporous nanosponge for ultrasensitive nanosensors)为题于2021年11月25日发表在国际权威期刊《自然通讯》(Nature Communications)上。西安交通大学大学电信学部电子科学与工程学院为第一作者单位，西安交通大学电信学部电子科学与工程学院，西安交通大学生命科学与技术学院为通讯作者单位。该工作得到了香港城市大学雷党愿团队的帮助与支持。研究得到了国家自然科学基金、陕西省重点工业创新链及西安交通大学基本科研业务费等项目的支持。

方吉祥教授团队一直专注于等离激元纳米光学、纳米光谱学及其应用等方面的研究。近年来，课题组在浓缩富集与分子空间定位型增强光谱传感器方面开展了一系列工作，该成果是研究团队继在《先进功能材料》(Adv. Func. Mate.)、《自然通讯》(Nature Commun.)、《分析化学》(Analytical Chemistry)、《ACS传感》(ACS Sensors)等发表的基于浓缩富集型增强光谱技术基础上的又一突破性进展。

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