基于金纳米颗粒吸油纸柔性SERS基底高灵敏检测芳香族挥发性有机化合物新策略

《Respiratory Physiology & Neurobiology》：A flexible SERS substrate for highly sensitive detection of aromatic volatile organic compounds

本研究针对传统芳香族VOCs检测方法设备昂贵、操作复杂的问题，开发了一种基于金纳米颗粒-吸油纸（Au NPs-OBP）的柔性表面增强拉曼散射（SERS）基底。该基底利用疏水表面和相似相容原理高效富集皮肤表面痕量芳香族VOCs，通过OBP的凝聚效应促使Au NPs紧密聚集形成高密度SERS"热点"。研究实现了对邻苯二酚（CT）6.657×10?12M的超高检测灵敏度，并展现出优良的均匀性、重现性和稳定性，为职业暴露监测提供了新型非侵入式分析平台。

　　

长期暴露于芳香族挥发性有机化合物（VOCs）环境会对人体造成严重损害，然而传统检测方法如气相色谱-质谱联用（GC-MS）等存在设备昂贵、操作复杂等局限性，难以实现快速原位分析。这促使研究人员寻求新型检测技术，表面增强拉曼散射（SERS）因其能够提供独特分子"指纹"图谱而备受关注，但其性能高度取决于能够产生局域电磁场（热点）的基底材料。

传统刚性SERS基底通常制备复杂且成本较高，其固定形状难以适应复杂形貌表面的检测需求，且目标分子分布不均会导致信号重现性差。针对这些挑战，江苏师范大学的研究团队在《Respiratory Physiology》发表论文，开发了一种基于吸油纸（OBP）负载金纳米颗粒（Au NPs）的柔性SERS基底（Au NPs-OBP），用于人体皮肤表面芳香族VOCs的高灵敏检测。

该研究采用柠檬酸钠还原氯金酸法制备Au NPs，通过滴涂法将纳米颗粒负载于OBP疏水表面构建柔性基底。利用紫外-可见吸收光谱（UV-vis）和扫描电子显微镜（SEM）表征材料性质，通过有限差分时域法（FDTD）模拟电磁场分布，并以罗丹明6G（R6G）、对硝基苯酚（4-NP）、邻苯二酚（CT）和邻苯二胺（OPD）为模型化合物系统评估基底性能。

表征与性能验证

SEM分析显示Au NPs呈球形且分散良好，粒径80-100纳米，均匀分布于OBP纤维表面及内部形成三维多孔网络。FDTD模拟证实基底可产生大面积均匀电磁增强场。灵敏度测试表明，对R6G和4-NP的检测限（LOD）分别达4.628×10^?11M和9.422×10^?9M，增强因子（EF）分别为1.62×10⁸和5.84×10⁷。

均一性与稳定性

在15个随机位点检测R6G（10^-5M）的特征峰强度相对标准偏差（RSD）为5.345%，不同批次基底间RSD为3.755%。折叠拉伸状态仍保持稳定性能，35天储存后信号强度RSD仅4.394%，证明基底具有优良的机械稳定性和长期稳定性。

实际应用验证

以CT和OPD为模型化合物时，CT在1273 cm^-1特征峰强度与浓度（10^-9-10^-5M）呈线性关系，LOD达6.657×10^?12M，EF为4.91×10⁸。在志愿者皮肤表面进行加标回收实验，回收率89.26%-97.09%，且皮肤本底无干扰信号。

该研究通过将柔性纸基基底与高效分析物富集策略相结合，成功构建了具有高密度等离子体热点的SERS检测平台。Au NPs-OBP基底利用OBP的疏水表面冷凝效应，不仅促进了芳香族VOCs的高效吸附，还诱导Au NPs形成紧密聚集体，从而产生均匀的高增强拉曼信号。这种低成本、易携带的柔性传感器为职业环境中芳香族VOCs暴露监测提供了新技术手段，在环境与健康安全领域具有重要应用前景。