Cu掺杂ZIF-8夹层双SERS增强核壳卫星组装体用于赭曲霉毒素A的超灵敏检测

针对粮食中赭曲霉毒素A（OTA）污染检测灵敏度不足的难题，研究人员开发了新型核壳卫星结构SERS探针（Au@Ag@(Cu-ZIF-8)-AuNPs），通过Cu掺杂ZIF-8夹层实现电磁-化学双增强，检测限低至0.057 fg/mL，为食品安全监测提供了高灵敏度技术平台。

　　

赭曲霉毒素A（Ochratoxin A, OTA）作为谷物中常见的剧毒霉菌毒素，因其稳定性和生物累积性严重威胁人类健康。传统检测方法面临灵敏度不足、操作复杂等瓶颈。表面增强拉曼光谱（Surface-Enhanced Raman Spectroscopy, SERS）技术虽具有单分子检测潜力，但现有探针多依赖单一电磁增强机制，难以满足实际需求。

河北大学研究团队创新性地设计出核壳卫星结构SERS探针Au@Ag@(Cu-ZIF-8)-AuNPs，通过三重结构优化实现性能突破：金核银壳纳米颗粒（Au@Ag）作为电磁场增强核心，铜掺杂的ZIF-8（Cu-ZIF-8）中间层促进电荷转移，外围金纳米卫星（AuNPs）形成高密度"热点"。这种结构不仅通过等离子体耦合产生强电磁场，还利用Cu掺杂降低ZIF-8带隙，显著提升电荷转移效率。研究证实，该探针对OTA的检测范围跨越10个数量级（0.1 fg/mL–1.0 μg/mL），最低检测限达0.057 fg/mL，较传统方法灵敏度提升三个数量级。

关键技术包括：1）水热法合成Cu-ZIF-8掺杂中间层；2）种子生长法制备Au@Ag核壳结构；3）竞争免疫层析结合SERS信号读取。通过透射电镜（TEM）、紫外可见光谱（UV-vis）和电化学阻抗谱（EIS）系统表征材料特性，验证Cu掺杂使电荷转移电阻降低56.3%。

研究结果：
Characterization of Au@Ag@(Cu-ZIF-8)
TEM显示80 nm Au@Ag核心被20 nm多孔Cu-ZIF-8均匀包裹，外围分布15 nm AuNPs卫星，纳米间隙<5 nm。X射线光电子能谱（XPS）证实Cu²⁺成功掺入ZIF-8晶格。

OTA detection
在免疫层析试纸条上，探针与OTA竞争结合抗体，SERS信号强度与OTA浓度呈负相关，线性相关系数R²=0.992，回收率91.4%-108.7%。

Conclusions
该研究开创性地将金属掺杂MOF引入SERS探针设计，通过电磁-化学协同增强机制突破检测极限。相比传统ELISA方法（检测限1 pg/mL），灵敏度提升17500倍，为粮食安全监测提供革命性技术手段。

这项发表于《Food Chemistry》的研究不仅推动了SERS探针设计的范式转变，更开辟了金属掺杂MOF在食品安全检测中的新应用途径。研究获得国家自然科学基金（52300157）等多项资助，相关技术已申请专利保护。