基于Fe3O4@Au@PAMAM与AuNs@4-MBA@Au的双通道SERS/电化学生物传感器实现Pb2+超灵敏检测

为解决传统Pb2+检测方法设备笨重、操作复杂的问题，研究人员开发了一种基于Fe3O4@Au@PAMAM和AuNs@4-MBA@Au的SERS/电化学双通道适配体生物传感器。该传感器通过磁分离和信号放大策略，实现了3.16×10-5 nM的超低检测限，回收率达99.50-103.67%，为重金属离子痕量检测提供了创新解决方案。

　　

【研究背景】
铅污染如同潜伏在环境中的"隐形杀手"，其毒性可通过食物链在人体内蓄积，引发神经系统损伤。尽管原子吸收光谱(AAS)等传统检测手段能精准"捕捉"铅离子(Pb²⁺)，但这些方法犹如"实验室里的巨无霸"，难以满足现场快速检测需求。近年来，表面增强拉曼散射(SERS)技术因其单分子水平的检测灵敏度崭露头角，但信号稳定性问题使其像"敏感的温度计"易受环境干扰；而电化学适配体传感器虽操作简便，却受限于适配体与靶标结合效率的"瓶颈"。

唐山市科技计划项目支持的研究团队另辟蹊径，将SERS与电化学检测"双剑合璧"，开发出新型双通道生物传感器。这项发表在《Journal of Food Composition and Analysis》的研究，通过精心设计的纳米复合材料，实现了对Pb²⁺的"双保险"检测，检测限低至3.16×10^-5 nM，相当于在标准游泳池中检测出一粒盐的浓度。

【关键技术】
研究采用模块化探针设计：1) 通过Au-S键将适配体固定在Fe₃O₄@Au@PAMAM磁性捕获探针；2) 构建AuNs@4-MBA@Au核壳结构作为SERS信号探针；3) 电沉积GO修饰电极提升电子传递效率；4) 结合差分脉冲伏安法(DPV)和SERS双信号检测。

【研究结果】
◆ 材料表征
SEM和TEM显示Fe₃O₄@Au@PAMAM呈均匀球形，XPS证实Au元素占比7.38%。FTIR在1650 cm^-1处出现N-H特征峰，验证了PAMAM的成功修饰。

◆ 双通道检测性能
SERS通道在1380 cm^-1处4-MBA特征峰强度与Pb²⁺浓度呈线性关系；DPV通道氧化峰电流变化值ΔI与浓度对数线性相关。双通道协同验证显著提高了结果可靠性。

◆ 实际样本测试
在自来水、土壤浸出液等真实样本中回收率达99.50-103.67%，且不受Cd²⁺、Hg²⁺等干扰，证明其出色的抗干扰能力。

【结论与展望】
这项研究通过"磁分离捕获+SERS信号放大+电化学验证"的三重保障机制，突破了单模式传感器的局限性。PAMAM树状大分子提供的丰富氨基显著增加了适配体负载量，而AuNs@Au核壳结构产生的局域表面等离子体共振效应使SERS信号增强10³倍。特别值得注意的是，该传感器可通过甘氨酸-HCl溶液实现探针再生，具备部分可重复使用特性。

这种双通道检测策略为环境监测和食品安全领域提供了新思路，未来通过集成微流控技术，有望开发成便携式检测设备。正如研究者所言，该技术不仅适用于Pb²⁺检测，其模块化设计理念还可拓展至其他重金属离子的检测体系，为构建"重金属检测技术工具箱"提供了重要组件。