完成单位：中国检验检疫科学研究院

完成人：席广成、杨海峰、李俊芳、李亚辉、刘伟、李文涛、白桦

成果简介：

本项目针对痕量化学有害物难以快速检出、传统的贵金属 SERS 基底使用成本高、信号均匀性差等关键科学问题，开展了非贵金属表面增强拉曼光谱（SERS)增强机理、SERS 分析基底的设计研制及在消费品安全分析中的应用等方面的研究，取得了系列创新性的学术研究成果。本项目研究成果发表SCI论文21篇，包括Nat.Commun., ACS Nano, Nano Lett., Anal. Chem.等一区论文15 篇，其中影响因子10以上论文8篇，申请发明专利6项。

创新点及科学价值：

1. 发现二维过渡金属碳化物（MXenes）单原子层独特的二维电子结构为SERS提供了理想的无核散射传输通道，使其拉曼增强因子高达3.82×10⁸。

2. 首次制备出了具有可见光区强等离子体共振效应的过渡金属氮化物SERS基底，对二氯苯酚、双酚A等禁限用物质的检测灵敏度高达10^-11 M，并且可以抵御高温氧化、强酸强碱腐蚀。

3. 百克级制备了形貌高度统一的准金属性氧化物纳米枝晶，利用二维纳米打印技术，获得了大面积信号均匀的SERS基底，信号的相对标准偏差（RSD）仅为6-7%/cm²，实现了复杂基质分离和检测的同步进行。

4. 实现了非贵金属SERS基底对细胞内纳米颗粒的三维定位成像，清晰地获得了纳米颗粒在细胞表面聚集的情况、被细胞吞噬的过程以及被吞噬后在细胞内的位置。

5. 发展了一系列基于大比表面、高孔率、特定活性晶面暴露的纳米结构前处理材料，提高了复杂基质分离富集效率，减少了易挥发溶剂的用量，缩短了分析过程时间。

社会经济效益：

  作为非传统公共安全领域的最重要的分支之一，消费品安全日益引起人们的高度重视。2017 年，美国强生就被判赔偿一位使用了强生婴儿爽身粉而罹患卵巢癌的妇女4.17亿美元。近几年，国内消费品安全事故也是频频发生，严重威胁人们的身体健康。因此，对消费品中痕量有毒有害、禁限用化学物质的分析方法研究尤其重要。作为一种重要的分析技术，表面增强拉曼光谱除了具有高灵敏的特点外，还具有检测时间短和便于现场检测等优点。虽然近年来表面增强拉曼光谱的发展非常迅猛，然而仍然存在几大问题束缚了其大规模的实际应用。首先，由于金基底的价格较高、制备复杂，在大批量的检测活动中还存在使用成本过高的问题；其次，尽管银的价格只有金的百分之一左右，但其容易被空气氧化，只适合小范围的实验室研究用；第三，半导体表面增强拉曼光谱技术，尽管具有成本低的优点，但其信号增强因子和化学稳定性均较差。低成本、高灵敏、高稳定非贵金属增强拉曼光谱基底的成功研制有效地发展了表面增强拉曼光谱分析方法，为消费品中禁限用物质的提供了现场快速检测技术，有效地支持了市场监管。