金属有机框架-等离子体金属复合SERS平台在化学传感和食品污染物监测中的研究进展

导 读

山东农业大学食品科学与工程学院王芹志副教授

2023年1月23日，在国际TOP期刊(Q1, IF=16.744)上发表题为的综述文章。山东农业大学食品科学与工程学院本科生Kuan Chang和中国农业大学博士生Yijian Zhao为论文共同一作，本研究获得了山东省青年创新团队孵化计划和国家自然科学基金的支持。

该篇综述文章系统介绍了基于MOF-PMPs的SERS平台在化学传感中的设计及制备策略，并讨论了相应的优势和局限性。同时首次重点研究了这些平台在食品污染物监测中的实际应用。深入分析了MOF-PMPs在SERS监控食品安全应用过程中的挑战和机遇，并对构建基于MOF-PMPs的SERS平台在未来复杂食品基质中的应用提出了看法和建议。

增强平台是表面增强拉曼散射(SERS)分析传感的关键。金属有机框架(MOFs)是一种新型多孔晶体材料，具有比表面积大、孔隙结构可调、光电性能优良，热稳定性和机械稳定性好等特点。近年来，MOFs与等离子体金属粒子(PMPs)结合作为理想的SERS平台(MOF-PMPs)逐渐受到传感领域研究人员的关注。

　　undefined

综述亮点

　　全面介绍了MOF-PMP在化学传感中的设计工程和合成策略。

　　系统总结了基于MOF-PMP的SERS平台在食品安全方面的应用进展。

　　深入讨论了MOF-PMP的挑战、机遇和未来前景。

　　undefined

结论与展望

　　本文系统性介绍了MOF-PMPs基底结合SERS技术在化学传感中的不同结构工程和合成策略，以及相对应的应用实例。此外，还讨论了不同MOF-PMPs基底的优点和局限性。最后，重点总结了MOF-PMPs基底结合SERS技术在农药残留、抗生素和毒素、非法食品添加剂、变质食品挥发性气体等多种食品污染物检测方面的最新进展。与传统的等离子体金属粒子和单独作为传感器的MOF相比，基于MOF-PMPs的SERS平台既充分发挥了MOFs对小分子的预富集和分子筛分作用，又利用了PMPs的电磁增强(EM)和MOFs的化学增强(CEM)产生协同增强效能，使其具有灵敏度高、特异性好、准确方便等特点，适用于食品污染物的现场检测。尽管基于MOF-PMPs的SERS平台在食品安全领域得到了广泛的应用，但仍有一些不足之处有待进一步改进。在未来的发展中，挑战与机遇并存:

　　(1)明确MOF-PMPs对小分子的富集和识别机制。目前，MOF-PMPs基底在食品污染物分析检测中的适用性主要依赖于实验筛选，工作量大，效率低。如何设计或选择合适的MOFs来高效识别不同尺寸、极性、电学性质和官能团的特定目标分子是一个挑战。同时，MOFs中心金属与有机配体之间的增强机制有待进一步研究。

　　(2)实现食品中多种污染物的同时检测。本文提供的大多数基于MOF-PMPs的SERS传感平台在单个食品污染物检测领域具有明显的效果。然而，很难提供一种同时检测食品中多种污染物的高通量筛选基底。除了化学小分子外，研究人员还应该更加重视对大多数食品样品中的主要污染物食源性病原微生物的高效SERS监测。

　　(3) MOF-PMPs的抗干扰性和可再生性有待进一步提高。虽然MOFs-壳对PMPs-核有一定的保护作用，但分子式相似的干扰物质会影响传感器的灵敏度和精确度。将基于MOF-PMPs的SERS平台与分子筛选、适配体技术、免疫分析、分子印迹技术等方法相结合，可有效提高基底对食品中靶分子的特异性和抗干扰性。此外，尽管少数基底可以通过有机溶剂洗涤实现重复使用，但这种方法带来的不可持续性和环境污染问题依然不容忽视。因此，开发绿色、环保、低能耗工艺，以提高MOF-PMPs的可再生重复利用，降低使用成本是必要的。

　　(4)构建食品安全领域SERS平台的小型智能化设备。为了提高SERS传感器实际应用的可行性，设备的便携化和小型化是SERS平台的发展趋势。此外，借助二维码、条形码、智能手机识别等现代科学技术，基于MOF-PMPs的SERS平台在快速传感领域和高效食品安全监测方面具有巨大潜力。

　　undefined

图文赏析

　　图1 基于MOF-PMPs的SERS平台构建及其在食品安全领域的应用

　　图2 基于MOF-PMPs的SERS平台在食品安全中的应用