基于表面增强拉曼散射的抗生素药物残留检测研究

The antibiotic drug residues are seriously threatening human health and ecological environment. The development of reliable and ultrasensitive detection method of antibiotic drug residues is of great interest for environmental protection and human health. This project will carry out a investigation on detection of antibiotic drug residues by surface-enhanced Raman scattering (SERS) based on semiconductor nanomaterials as new-style SERS-active substrates. The main research aspects involve: 1) preparation of broad band-gap semiconductor and narrow band-gap semiconductor nanomaterials with high surface performance as SERS-active substrates for detection of antibiotic drug residues; 2) construction and preparation of heterostructures (broad band-gap semiconductor/broad band-gap semiconductor, broad band-gap semiconductor/narrow band-gap semiconductor and semiconductor/graphene, etc.) and noble metals loaded heterostructures as composite new-style SERS-active substrates, and regulating and controlling their interface properties for SERS detection of antibiotic drug residues; 3) investigating the effect of surface (interface) properties of semiconductoring substrates on SERS detection of antibiotic drug residues, establishing means and methods of SERS detection of antibiotic drug residues (especially under the complex conditions); developing a multi-function platform with both SERS detection function and photocatalytic degradation function for antibiotic environmental pollution systems. This project will provide various experimental and theoretical bases for the investigation of drug detection and the application of semiconductoring SERS substrate.

抗生素药物残留正在严重地威胁着人类健康和生态环境，发展可靠的、高灵敏抗生素残留检测手段对于保护环境和人类健康具有重要的意义。本项目拟开展基于半导体纳米材料作为新型基底的表面增强拉曼散射的抗生素药物残留检测研究，主要内容：1）合成高表面性能宽带隙半导体和窄带系半导体纳米材料作为SERS活性基底，用于抗生素药物检测研究。2）构筑宽带隙半导体/宽带隙半导体、宽带隙半导体/窄带系半导体、半导体/石墨烯异质结构以及贵金属担载的异质结构等复合型新型SERS活性基底，通过其界面性能调控开展其抗生素药物检测研究。3）揭示半导体基底表面（界面）性质对抗生素SERS检测的影响，建立用SERS技术进行抗生素药物残留（特别是复杂条件下）检测的手段和方法；对于抗生素环境污染体系，发展SERS检测功能及光催化降解功能于一体的多功能应用平台。本研究将为半导体SERS基底的应用及药物检测研究提供丰富的实验和理论依据。

抗生素是世界上用量最大、使用最广泛的药物之一，滥用现象普遍存在。抗生素药物残留正在严重地威胁着人类健康和生态环境，发展可靠的、高灵敏抗生素残留检测手段对于保护环境和人类健康具有重要的意义。表面增强拉曼散射（Surface-enhanced Raman Scattering，SERS）具有高灵敏度、高选择性、快速检测、光谱指纹窄、抗水干扰、无损检测等优点，广泛应用于众多领域。目前基于SERS的药物检测研究相对较少，只有少数关于贵金属基底的药物检测研究被报道。基于半导体的SERS技术在分析检测领域具有重要的研究和应用前景，相对于贵金属基底而言，基于半导体的SERS技术在分析检测方面具有不可替代的优势。半导体SERS基底具有无毒、廉价、易得、化学稳定及生物相容等特点，在某些特殊条件下仍然具有较强的SERS增强能力；并且，半导体纳米材料是一类重要的无机功能材料，纳米结构和形貌多样，具有高度的可调控和剪裁特性。为进一步拓展SERS技术在药物检测中的应用，特别是新型半导体基底在药物检测中的应用，本项目开展了基于半导体SERS的抗生素药物残留检测研究：（1）设计合成了几种高表面性能半导体纳米结构SERS活性基底，将其用于抗生素药物检测研究。（2）构筑了几种半导体/半导体异质结、半导体/石墨烯、贵金属同步沉积与掺杂的半导体等复合型新型SERS活性基底，开展其抗生素药物检测研究。（3）建立用SERS技术进行抗生素药物残留检测的手段和方法；对于抗生素环境污染，发展SERS检测功能及光催化降解功能于一体多功能应用平台。本研究将为半导体SERS基底的应用及药物检测研究提供丰富的实验和理论依据。