基于碳纳米管-金纳米粒子复合基底的高温原位SERS技术用于叶酸同系物的精准鉴别与检测

本研究创新性地开发了一种光化学合成策略，成功构建了具有优异热稳定性与表面增强拉曼散射（SERS）活性的碳纳米管-金纳米粒子（CNTs@Au NPs）复合材料。该材料可在高温条件下（≤400?°C）保持结构稳定性，实现对两种天然叶酸同系物5-甲基四氢叶酸（5-MTHF）和5-甲酰四氢叶酸（5-FTHF）的原位分子指纹识别，检测限低至10–8?M，为膳食补充剂与强化食品中叶酸质量的精准监控提供了可靠方法。

　　

亮点（Highlights）

• 通过光化学法在碳纳米管（CNTs）上原位生长高密度、单分散的金纳米粒子（Au NPs），成功合成CNTs@Au NPs纳米复合材料。
• 该复合材料表现出卓越的热稳定性，即使在400?°C高温下仍能维持结构完整性与优异的SERS活性。
• 基于高温原位SERS技术，有效监测5-MTHF和5-FTHF在升温过程中的结构变化，实现清晰的分子指纹区分。
• 对两种叶酸分子的检测灵敏度极高，检测限可达10^–8?M，并可对混合样品进行准确定量。
• 该方法在实际样本分析中表现可靠，为市场上叶酸产品的质量与安全评估提供了有力工具。

引言（Introduction）

叶酸，也称维生素B9，是一组化学性质相似的化合物统称。它在DNA合成、修复、甲基化及氨基酸代谢等生理过程中起着关键作用。作为一种必需的水溶性维生素，人体无法自主合成叶酸，必须通过膳食或补充剂摄入。女性在孕前和孕期摄入足量叶酸对预防神经管缺陷（NTDs）至关重要。尽管叶酸（Folic Acid, FA）被广泛用于补充剂和强化食品，其在体内需经多步转化才能成为具有生物活性的5-甲基四氢叶酸（5-MTHF）。而另一种天然叶酸形式——5-甲酰四氢叶酸（5-FTHF，又称亚叶酸），虽然稳定性更高，却无法被人体直接吸收利用。若孕妇摄入被5-FTHF掺杂的5-MTHF产品，可能导致叶酸支持不足，增加出生缺陷风险。因此，亟需建立一种简便、灵敏的方法来区分这两种天然叶酸。

结果与讨论（Results and discussion）

采用氙灯照射碳纳米管前驱体与氯金酸（HAuCl₄）溶液，通过光化学还原法在CNTs表面生长出高密度且均匀分布的金纳米粒子，成功制备出CNTs@Au NPs复合材料。该方法的机理在于CNTs表面含氧羟基（-OH）在高能光子激发下提供还原能力，驱动金离子发生还原反应。透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM）图像显示，所得复合材料中Au NPs分散均匀、粒径均一，表现出优异的SERS增强性能和信号一致性。其对结晶紫（CV）分子的检测限低至10^–12?M，显示出极高灵敏度。

更重要的是，该复合材料在高温条件下仍能保持SERS活性，为实现原位高温SERS分析奠定基础。利用5-MTHF高温不稳定而5-FTHF稳定的特性，在加热过程中实时监测二者SERS谱图变化。结果显示，5-MTHF随着温度升高出现明显的谱图改变，而5-FTHF的谱图则保持相对稳定，从而实现了对这两种叶酸同系物的准确区分。

此外，CNTs@Au NPs对5-MTHF与5-FTHF的检测限均达到10^–8?M，且在对混合样品进行定量分析时表现出良好的线性响应与重复性。在实际样本（如叶酸补充剂）检测中也显示出可靠的应用潜力。

结论（Conclusion）

总之，本研究发展了一种光化学合成CNTs@Au NPs的策略，该材料兼具高SERS活性与优异热稳定性，可用于5-MTHF和5-FTHF的分子指纹识别。通过高温原位SERS技术，成功实现对这两种叶酸同系物的区分与检测，检测灵敏度高、重复性好，为叶酸产品的质量监控与真伪鉴别提供了新的技术路径。