丝素蛋白水凝胶负载纳米颗粒作为表面增强拉曼散射基底用于水中亚甲基蓝检测

为解决水体有机污染物快速检测难题，研究人员开发了基于丝素蛋白(SF)水凝胶负载金/银纳米颗粒(Au/AgNps)的表面增强拉曼散射(SERS)基底。通过酶交联法制备的SF-AgNps*水凝胶展现出卓越性能，对亚甲基蓝(MB)检测限达0.17μM，信号增强因子达433倍，兼具污染物富集与检测双重功能，为环境监测提供新型解决方案。

　　

随着工业发展，水体有机污染物监测面临重大挑战。传统检测方法存在样品前处理复杂、成本高、灵敏度不足等问题。表面增强拉曼散射(SERS)技术因其高灵敏度、快速响应和非破坏性特点成为研究热点，但现有SERS基底普遍存在制备复杂、稳定性差等问题。丝素蛋白(SF)作为一种天然生物材料，具有优异的机械性能、生物相容性和可加工性，近年来在环境领域展现出巨大应用潜力。

为开发高效、低成本的环境污染物检测平台，法国索邦大学联盟的研究人员创新性地将纳米颗粒与丝素蛋白基质结合，构建了多功能SERS检测系统。研究通过简便的微波法和Lee-Meisel法分别制备金(AuNps)、银(AgNps)和柠檬酸盐修饰银纳米颗粒(AgNps*)，并采用酶交联技术将其嵌入丝素蛋白水凝胶，系统评价了材料对模型污染物亚甲基蓝(MB)的检测性能。相关成果发表在《Materials Today Sustainability》上。

研究采用透射电镜(TEM)、动态光散射(DLS)和紫外-可见光谱(UV-vis)表征纳米颗粒形貌；通过扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析水凝胶结构；利用785nm激光拉曼光谱仪评估SERS性能。MB检测实验设置1.56-125.06μM浓度梯度，通过分析1620cm^-1特征峰强度计算分析增强因子(AEF)。

材料表征显示，制备的AuNps、AgNps和AgNps平均粒径分别为16±7nm、8±4nm和6±2nm，均呈球形分布。UV-vis证实纳米颗粒成功嵌入水凝胶后仍保持表面等离子体共振特性，SF-AgNps吸收峰红移至426nm。SEM观察到SF-AgNps*水凝胶具有分级多孔结构，为污染物吸附提供丰富位点。

SERS性能测试发现，纳米颗粒悬浮液对MB的检测限分别为AuNps 1.56μM、AgNps/AgNps* 15.63μM，其中AgNps表现出最优信号增强效果(AEF=7.6)。当纳米颗粒嵌入水凝胶后，检测灵敏度显著提升：SF-AuNps和SF-AgNps达0.27μM，SF-AgNps更降至0.17μM，整体AEF提升至433倍。拉曼成像证实MB分子被水凝胶有效富集，在外围1mm区域形成高浓度带。

机制研究表明，SF-AgNps的卓越性能源于双重增强效应：丝素蛋白多孔网络通过物理吸附浓缩MB分子，大幅提高局部浓度；纳米颗粒通过电磁增强(EM)和电荷转移(CT)机制放大拉曼信号。其中AgNps因柠檬酸盐修饰产生的特殊界面效应，展现出最优的等离子体共振特性。

该研究开创性地将生物材料与纳米技术结合，开发出兼具污染物富集和检测功能的智能传感平台。SF-AgNps*水凝胶不仅实现50ppb级MB检测，其简易制备工艺和可调控特性更为环境监测设备的小型化、集成化提供新思路。未来通过优化纳米颗粒形貌和水凝胶结构，该技术有望拓展至大气、土壤等多介质污染监测领域，为构建智能化环境治理体系提供关键技术支撑。