金屬有機框架-等離子體金屬復合SERS平臺在化學傳感和食品污染物監(jiān)測中的研究進展

導 讀

山東農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院王芹志副教授

2023年1月23日，在國際TOP期刊(Q1, IF=16.744)上發(fā)表題為的綜述文章。山東農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院本科生Kuan Chang和中國農(nóng)業(yè)大學博士生Yijian Zhao為論文共同一作，本研究獲得了山東省青年創(chuàng)新團隊孵化計劃和國家自然科學基金的支持。

該篇綜述文章系統(tǒng)介紹了基于MOF-PMPs的SERS平臺在化學傳感中的設計及制備策略，并討論了相應的優(yōu)勢和局限性。同時首次重點研究了這些平臺在食品污染物監(jiān)測中的實際應用。深入分析了MOF-PMPs在SERS監(jiān)控食品安全應用過程中的挑戰(zhàn)和機遇，并對構建基于MOF-PMPs的SERS平臺在未來復雜食品基質(zhì)中的應用提出了看法和建議。

增強平臺是表面增強拉曼散射(SERS)分析傳感的關鍵。金屬有機框架(MOFs)是一種新型多孔晶體材料，具有比表面積大、孔隙結構可調(diào)、光電性能優(yōu)良，熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性好等特點。近年來，MOFs與等離子體金屬粒子(PMPs)結合作為理想的SERS平臺(MOF-PMPs)逐漸受到傳感領域研究人員的關注。

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綜述亮點

　　全面介紹了MOF-PMP在化學傳感中的設計工程和合成策略。

　　系統(tǒng)總結了基于MOF-PMP的SERS平臺在食品安全方面的應用進展。

　　深入討論了MOF-PMP的挑戰(zhàn)、機遇和未來前景。

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結論與展望

　　本文系統(tǒng)性介紹了MOF-PMPs基底結合SERS技術在化學傳感中的不同結構工程和合成策略，以及相對應的應用實例。此外，還討論了不同MOF-PMPs基底的優(yōu)點和局限性。最后，重點總結了MOF-PMPs基底結合SERS技術在農(nóng)藥殘留、抗生素和毒素、非法食品添加劑、變質(zhì)食品揮發(fā)性氣體等多種食品污染物檢測方面的最新進展。與傳統(tǒng)的等離子體金屬粒子和單獨作為傳感器的MOF相比，基于MOF-PMPs的SERS平臺既充分發(fā)揮了MOFs對小分子的預富集和分子篩分作用，又利用了PMPs的電磁增強(EM)和MOFs的化學增強(CEM)產(chǎn)生協(xié)同增強效能，使其具有靈敏度高、特異性好、準確方便等特點，適用于食品污染物的現(xiàn)場檢測。盡管基于MOF-PMPs的SERS平臺在食品安全領域得到了廣泛的應用，但仍有一些不足之處有待進一步改進。在未來的發(fā)展中，挑戰(zhàn)與機遇并存:

　　(1)明確MOF-PMPs對小分子的富集和識別機制。目前，MOF-PMPs基底在食品污染物分析檢測中的適用性主要依賴于實驗篩選，工作量大，效率低。如何設計或選擇合適的MOFs來高效識別不同尺寸、極性、電學性質(zhì)和官能團的特定目標分子是一個挑戰(zhàn)。同時，MOFs中心金屬與有機配體之間的增強機制有待進一步研究。

　　(2)實現(xiàn)食品中多種污染物的同時檢測。本文提供的大多數(shù)基于MOF-PMPs的SERS傳感平臺在單個食品污染物檢測領域具有明顯的效果。然而，很難提供一種同時檢測食品中多種污染物的高通量篩選基底。除了化學小分子外，研究人員還應該更加重視對大多數(shù)食品樣品中的主要污染物食源性病原微生物的高效SERS監(jiān)測。

　　(3) MOF-PMPs的抗干擾性和可再生性有待進一步提高。雖然MOFs-殼對PMPs-核有一定的保護作用，但分子式相似的干擾物質(zhì)會影響傳感器的靈敏度和精確度。將基于MOF-PMPs的SERS平臺與分子篩選、適配體技術、免疫分析、分子印跡技術等方法相結合，可有效提高基底對食品中靶分子的特異性和抗干擾性。此外，盡管少數(shù)基底可以通過有機溶劑洗滌實現(xiàn)重復使用，但這種方法帶來的不可持續(xù)性和環(huán)境污染問題依然不容忽視。因此，開發(fā)綠色、環(huán)保、低能耗工藝，以提高MOF-PMPs的可再生重復利用，降低使用成本是必要的。

　　(4)構建食品安全領域SERS平臺的小型智能化設備。為了提高SERS傳感器實際應用的可行性，設備的便攜化和小型化是SERS平臺的發(fā)展趨勢。此外，借助二維碼、條形碼、智能手機識別等現(xiàn)代科學技術，基于MOF-PMPs的SERS平臺在快速傳感領域和高效食品安全監(jiān)測方面具有巨大潛力。

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圖文賞析

　　圖1 基于MOF-PMPs的SERS平臺構建及其在食品安全領域的應用

　　圖2 基于MOF-PMPs的SERS平臺在食品安全中的應用