基于液滴的双模式比率电化学与表面增强拉曼散射技术检测孔雀石绿

《Microchemical Journal》：Droplet-based dual-mode ratiometric electrochemical and SERS detection of malachite green

本文开发了一种基于银纳米颗粒（AgNPs）的双模式液滴检测平台，创新性地整合了表面增强拉曼散射（SERS）和比率电化学（REC）技术。该平台利用AgNPs同时作为SERS活性基底和内置电化学内参，通过孔雀石绿的SERS特征峰、氧化电流和AgNPs参考峰实现三重自验证检测，在0.01–50 μM范围内呈现良好线性，检测限达2.26 nM（SERS）和176 nM（REC）。该方法仅需45 μL样品，适用于复杂食品基质中痕量污染物的现场快速检测。

　　

亮点

基于银纳米颗粒（AgNPs）的双功能特性，我们开发了一种创新型液滴分析平台，巧妙融合了表面增强拉曼散射（SERS）和比率电化学（REC）两大技术。其中，AgNPs同时扮演着SERS活性基底和电化学内参的双重角色，成功构建了包含孔雀石绿SERS特征峰、氧化电流信号和AgNPs内参峰的三重自验证信号体系。

引言

孔雀石绿（MG）作为一种合成三苯甲烷染料，因其鲜艳色泽和广谱抗菌活性，曾被广泛应用于纺织、皮革和水产养殖领域。然而大量证据表明其具有强致癌性、致突变性和致畸性，促使美国、欧盟、中国和日本禁止其在食品相关领域的使用。但因其价格低廉、高效易用的特点，MG仍在非法水产养殖中被滥用。传统检测技术如高效液相色谱（HPLC）、液相色谱-质谱联用（LC-MS）和酶联免疫吸附测定（ELISA）虽准确性高，但存在成本高、流程耗时、依赖大型实验室设备等局限。因此，亟需开发快速、便携、经济的传感平台以实现食品和环境基质中痕量MG残留的可靠检测。

电化学传感器因其卓越灵敏度、低成本和便携性，在疾病标志物检测和食品安全监测领域展现巨大潜力。通过电极表面的化学修饰，可实现农药、抗生素或MG等有毒染料的快速现场筛查。但传统电化学检测易受电极制备差异和基质干扰影响，而比率电化学检测通过采用内参信号（如二茂铁或AgNPs）对目标响应进行标准化，有效提高检测可靠性。

表面增强拉曼散射作为光谱分析技术，通过等离激元纳米结构将分子拉曼信号增强10⁶-10¹⁴倍，可实现超灵敏无标记检测。其提供的振动"指纹"图谱还能区分复杂混合物中化学结构相似的物种。但SERS信号强度受基底形貌和"热点"随机形成的制约，且难以区分MG与其代谢物隐性孔雀石绿。

为整合不同分析技术优势，双模式检测策略在分析传感领域备受关注。目前已有研究报道结合比色与电化学或比色与荧光技术的双模式方法，但整合SERS与电化学检测MG的双模式方法尚未见报道。这两种模式的联用可形成内在交叉验证机制，实现快速广谱定量分析和分子识别的正交确认。

液滴微流控技术的最新进展通过提高检测重现性和减少样品用量，进一步增强了双模式传感性能。微升级液滴作为独立反应器，既能缩小电极间距降低液接电位和溶液电阻，又能维持纳米颗粒的均匀聚集状态，从而锐化电化学峰并增强SERS热点密度。

本研究引入的液滴双模式传感器创新性地将SERS与REC技术结合，利用AgNPs的双功能特性：既提供局域表面等离子体共振热点增强拉曼信号，又作为内置氧化还原探针归一化MG的法拉第响应。结合HAc-NaAc缓冲液控制AgNPs聚集增强SERS强度，该平台可在45 μL液滴中实现复杂食品和水体基质中亚微摩尔级MG的可靠筛查。

结论

我们成功构建了一种液滴双模式检测平台，实现了比率电化学与表面增强拉曼散射技术的协同检测。该方法在0.01–50 μM宽线性范围内实现痕量孔雀石绿的现场定量，检测限达2.26 nM（SERS）和176 nM（REC），相对标准偏差≤7.5%，30天后信号保留率>90%。AgNPs同时作为SERS热点和电化学内参，建立的三信号交叉验证机制为食品安全和环境监测提供了强有力的技术支撑。