光谱传感

本论文主要讨论表面增强拉曼光谱(Surface-enhancedRamanSpectroscopy,SERS)及其应用。SERS是一种纳米级贵金属材料在入射光激发下产生的拉曼散射增强效应，可以实现单分子高灵敏的“指纹”识别。SERS技术以其高灵敏度、单分子探测能力、丰富的光谱信息等优势，成为一种极具前景的光谱技术[53]，在食品安全54[54]，环境监测[55]以及卫生[56]等领域迅速发展。

在SERS分析中，频谱信号的增强是关键和核心[57]。我们已经证实了纳米材料在增强SERS信号方面的优越性，并取得了良好的分析结果。LocalizedSurfacePlasmonResonance(AuNRs)是一种典型的AuNMs，它与AuNRs(AuNRs)能被可见光激发，LSPR)特性使局部电磁场集中[58]，提高了SERS信号的检测灵敏度。通过将石墨烯二次氧化和AuNPs结合，实现了高敏度油炸食品中丙烯酰胺的高灵敏度检测，检测灵敏度达到2.0μg/kg。用AuNRs阵列强化西维因农药残留，实现了牛乳及水果中西维因残留量的检测，检测灵敏度达到50μg/kg。多靶点同步传感分析是SERS系统的一大特点，Xie等[61]开发了AuNPs增强SERS信号，用于快速检测呋喃类抗生素(包括呋喃丹、呋喃他酮及其混合物)。以AuNPs活性SERS为载体，研究了对硝基呋喃类抗生素的信号增强作用，并建立了硝基呋喃类化合物的SERS传感分析方法。最适条件下LOD可达5.0微克/千克。

近几年来，人们提出了一种利用MOFs修饰AuNMs进行SERS的方法。MOFs材料的多孔结构能使目标分析物更富集，而且能保证纳米材料的稳定性。并用He等[62]成功地制备了核壳型Au@MOF-5NP结构，其中单个的AuNP核被均匀的MOF-5外壳包裹。相对于裸AuNPs和纯MOF-5微球，核壳厚度为(3.2±0.5)nm，核壳Au@MOF-5纳米构对CO2具有独特的SERSERSIE(见图4)。用MIL-101法等[63]对AuNP嵌入MOFs进行SERS检测。新型SERS底物对多种不同的靶标分析物具有较高的灵敏度、稳定性和亲和性，罗丹明6G为41.75fmol和0.54fmol。因为MOFs有保护壳，底物也具有很高的稳定性、重复性，以及分子筛效应。

问题及展望。

当前，纳米传感器广泛应用于农产品质量安全监测领域，前景广阔。纳米级材料是纳米传感器的基础，是实现其灵敏度、稳定性、可靠性等性能分析的关键。虽然纳米传感器的发展很快，但是仍然存在着一些瓶颈问题。

为了得到性能更好、更稳定的功能纳米材料，纳米材料的制备与改性技术还需进一步发展。由于由于LSPR的存在，贵金属纳米材料的形貌特征与其LSPR特性有很大的关系，因此如何准确地控制纳米材料的形貌和获得理想性能是亟待解决的问题。近几年，MOFs材料的一些特殊性质和优良性能受到了越来越多的关注，但是MOFs材料的稳定性和多级孔洞的获取仍然是其应用的难点。

第二，多目标、高通量纳米传感器件在实际应用中的价值受到广泛关注。虽然科学家们已经发展了一系列高通量纳米传感器分析技术和器件，但是，在保证分析性能的前提下，不同种类的化合物同时进行检测，提高分析通量，仍是一个瓶颈。纳米传感装置的构建还有待进一步研究。

同时，对智能农产品质量安全在线检测的要求也很高，尤其是长时间的农产品生产过程，具有“新鲜”的特点，要求快速、实时、在线监测。但是，由于纳米器件的再生性有限，很难实现在线检测。这就要求在纳米材料、纳米技术以及纳米传感元件的构建上取得突破。

纳米材料的精控备与纳米传感器器件构建的瓶颈问题将使纳米材料的精控技术应用于农产品质量安全领域具有广阔的前景。另外，利用纳米材料和纳米技术制造传感器，是基于原子尺度操作的基础，因而大大丰富了传感理论，提高了传感器制造水平，扩大了传感器的应用范围。今后，随着纳米材料制备技术的成熟，农产品品质安全的纳米传感器体积小，检测精度高，构建的纳米传感器正朝着集成、智能化方向发展，传感特性向宽范围、高精度、强抗干扰、长寿命和可重复利用方向发展。