基于金属介孔结构的表面增强拉曼效应D形光纤传感器对农药残留的快速检测

杀虫剂与除草剂在农产品中的残留对食品安全和人类健康已构成严重威胁，国家亟需发展农药残留的便捷快速检测技术。本研究项目将重点针对有机磷与磺酰脲类农药残留的分子识别与痕量检测，利用分子组装技术、表面增强拉曼光谱分析及光纤传感等手段，制备高选择性、高结合量、位点容易接近和结合速度快的金属介孔结构表面增强拉曼效应D形光纤传感器。将介孔金属纳米结构组装到D形光纤的抛光截面，利用光纤D形面强限域光和附加电场等大幅增强拉曼信号，以及介孔结构具有高表面积、粗糙表面、孔径和孔隙率可调以及高吸附等特性，实现对复杂样品中农药残留多组分的快速分析与痕量检测。在此基础上探索在D形光纤上介孔金属拉曼增强的发生机理与内在规律，发展农药残留快速痕量检测的新方法，研发灵敏度高、快速可靠的农残检测拉曼光谱D形光纤传感器。本项目的预期成果将为多组分农药残留的快速检测提供新手段,为发展化学生物环境传感器提供理论基础与技术支撑。

在国家自然科学基金委的大力支持下，按照项目任务书的要求开展了相关研究工作，完成了计划书中所有研究任务，在纳米结构的设计合成与农药残留探测传感器等研究领域均达到预期的研究目标。针对传统功能材料的结合容量低和结合动力学慢的困难，我们综合运用材料科学、仿生学和纳米技术的手段，成功制备出性能优越的功能纳米结构。在此基础上，进行金属介孔结构的功能化设计与控制合成，探索介孔结构与表面增强拉曼增强效应的内在关联，研究基于功能化金属介孔结构的拉曼散射技术并验证其对超痕量农药残留的检测灵敏性和可靠性等。发展了新的纳米结构设计和功能化修饰技术，合成出具有超强拉曼敏感信号输出的特定纳米结构体系，为发展基于介孔金属纳米结构的农残检测传感器提供了理论和技术支持。上述研究工作取得了多项具有创新性和系统性的研究成果，部分研究工作已经在高影响力的国际期刊Anal. Chem. (影响因子5.695，二篇) 、Chem. Commun. (影响因子6.378，三篇)、Nanoscale (影响因子6.233，一篇)、Analyst（影响因子3.969，一篇）、J. Mater. Chem. (影响因子6.101，一篇) 等上发表论文11篇，目前已被他引100余次。本项目的完成为发展新一代敏感材料和检测器件及多组分农药残留的快速检测提供新手段,为发展化学生物环境传感器提供理论基础与技术支撑。