《Optics & Laser Technology》：PSBP-functionalized fiber-optic SPR sensor for rapid and selective detection of polystyrene nanoplastics
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•将PSBP与光纤SPR传感器进行全新集成，实现了对PSNPs的无标记、选择性检测。•在复杂水环境中对各类干扰物（重金属离子、抗生素、微藻、细菌等）具有出色的选择性。•在8分钟内实现创纪录的72 nm光谱响应，超过现有纳米塑料传感器（<10 nm）。引言塑料产品以其轻质、耐用
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将PSBP与光纤SPR传感器进行全新集成，实现了对PSNPs的无标记、选择性检测。
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在复杂水环境中对各类干扰物（重金属离子、抗生素、微藻、细菌等）具有出色的选择性。
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在8分钟内实现创纪录的72 nm光谱响应，超过现有纳米塑料传感器（<10 nm）。
引言
塑料产品以其轻质、耐用和低成本等特性，自20世纪以来被广泛应用于包装、农业、医疗、日常生活以及众多其他领域，极大地便利了人类的生产与日常活动。2024年，全球塑料产量已超过4.3亿吨，预测表明到2050年可能达到10亿吨 [1], [2]。然而，超过90%的塑料废弃物最终进入自然生态系统。通过物理磨损、光氧化和生物降解，这些塑料逐渐碎裂为微塑料（MPs，< 5 mm）和纳米塑料（NPs，< 1 μm）[3]。由于其尺寸微小、比表面积大且降解抗性极强，MPs/NPs常常作为重金属和有机污染物在环境中的载体。这些物质可通过食物链积累，最终对生态平衡和人类健康构成潜在威胁 [4], [5], [6], [7]。值得注意的是，NPs可经由饮用水等途径易被人体吸收，从而在体内进行系统性循环。其潜在的生物毒性和健康危害已引起全球关注 [8], [9], [10]。作为NPs迁移的关键介质，水环境需要对其污染状况进行精确监测，以便有效地进行风险评估与控制 [11]。然而，现有检测技术存在成本高、操作繁琐和灵敏度不足等缺陷，难以实现快速原位检测。因此，开发高效便捷的NPs检测技术对于监测环境污染和评估相关风险具有重要意义。
目前，MPs/NPs的检测主要依赖傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱（RS）等大型分析技术。尽管这些方法能够准确测定MPs/NPs的聚合物类型，但通常存在设备昂贵、样品前处理复杂（如消解、过滤、富集）和检测周期长等问题。此外，它们难以对水中的MPs/NPs污染进行定量表征。为克服这些缺陷，研究者探索了多种MPs/NPs检测技术，包括表面增强拉曼散射 [12], [13], [14]、荧光 [15], [16]、微流控 [17], [18]、高光谱成像 [19], [20]、数字全息 [21], [22]和光纤传感器 [23], [24], [25]。光纤传感器凭借尺寸紧凑、抗电磁干扰、可实现远程实时监测和便于原位检测等独特优势，在MPs/NPs监测中展现出广阔的应用前景 [26], [27], [28]。M. Seggio等人证明，将雌激素受体固定在塑料光纤SPR传感器的侧抛光表面上，可在1-10 mg/mL的检测范围内区分100 nm的PSNPs，最大光谱偏移约为1.94 nm [23]。熊等人开发了一种以ZIF-8修饰的S锥形光纤干涉传感器，可在0.01%（w/v）至0.08%（w/v）的浓度范围内检测300 nm的PS，最大光谱响应约为8 nm [24]。李等人将L-PHA集成到光纤锥形传感器上，可在0.001-10 μg/ml范围内检测100 nm和150 nm的PS，最大光谱响应为3 nm [25]。
识别合适的敏感材料对于实现特异性检测和高信噪比至关重要。2012年，Miha Vodnik等人首次利用噬菌体展示技术筛选出一种对聚苯乙烯（PS）具有特异性亲和力的肽，其氨基酸序列为HWGMWSY [29]。近年来，研究人员已采用该肽构建微塑料传感器 [30], [31], [32], [33]。Suyeon Ahn等人设计了嵌入金纳米棒的微针，将巯基修饰的肽共价连接在微针尖端 [31]。该构型能够捕获PSMPs，随后通过荧光分析和拉曼光谱确认PS的存在。Seungju Oh等人提出了一种三明治构型的局域表面等离子体共振传感器 [32]。修饰后的PSBP与传感器表面的40-50 nm金纳米颗粒以及用于三明治识别的5 nm金纳米颗粒耦合。通过使用紫外-可见分光光度计检测吸光度变化，实现了对PSMPs的定量分析。然而，大多数基于PSBP的PSNPs传感器需要对肽进行末端巯基修饰，这增加了合成成本和制备复杂性。同时，这些方法通常依赖台式仪器，如拉曼光谱仪或荧光分析仪，从而阻碍了原位快速检测。
本文提出了一种基于酰胺键偶联策略的光纤SPR微塑料传感器。与传统基于巯基的固定化方法不同，该设计采用未经修饰的HWGMWSY肽，其末端氨基与光纤表面修饰的羧基形成稳定的酰胺键。该方法不仅降低了生产成本并简化了流程，而且所形成的酰胺键在化学上比Au-S键更为稳定，从而显著增强了传感界面的长期稳定性。大量研究已将传感材料（如DNA、抗体和酶）与光纤SPR界面结合，用于检测生化分析物 [34], [35], [36]。本工作代表了特异性肽与光纤SPR传感技术的全新集成，建立了一个将特异性识别与光学灵敏响应相结合的NPs检测平台，实现了对水环境中PSNPs的靶向检测。实验结果表明，该传感器对300 nm PSNPs具有快速且高响应的检测能力，最大光谱响应偏移可达70 nm。这一方法在响应幅度上超过了现有的光纤微塑料传感器（其饱和偏移通常不超过10 nm），显著增强了传感器对NPs检测的信号响应能力。该方法为NPs的原位快速测定提供了一种新的技术途径，并在监测水系统中MPs/NPs污染方面展现出巨大潜力。
章节摘要
材料与试剂
单模光纤（SMF，8.2/125 μm）和多模光纤（MMF，105/125 μm）购自长飞光纤。11-巯基十一烷酸（MUA）、N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺（EDC）、无水乙醇、氯化钠（NaCl）、L-半胱氨酸（L-Cys，98%）、盐酸多柔比星（DOX，98%）、盐酸土霉素（OTC，97%）和万古霉素（VAN，药用级）购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。聚苯乙烯结合肽（PSBP，
折射率传感性能评估
在进行PSNPs检测之前，首先对光纤的折射率（RI）传感性能和制备可重复性进行了评估。实验结果如图3所示。使用不同浓度的NaCl溶液来测试RI响应。同一批次制备的六个独立传感器的RI灵敏度分别为1929.37 nm/RIU、1928.12 nm/RIU、1945.80 nm/RIU、1910.62 nm/RIU、1928.32 nm/RIU和1929.11 nm/RIU。平均灵敏度为1928.56 nm/RIU，
结论
本研究提出了一种针对PSNPs的光纤SPR传感器，具有超高光谱响应和出色的选择性。将PSBP固定在光纤的金膜表面后，通过肽与PSNPs之间的多种相互作用机制（包括强疏水相互作用、π-π堆积和静电相互作用），实现了对水中PSNPs的快速准确检测。实验结果表明，该传感器仅需8 min即可
CRediT作者贡献声明
郭振业：撰写–初稿、调查、正式分析、概念化。 杨鹏：方法论、数据整理。 吕日清：撰写–审阅与编辑、监督、资金获取、概念化。 王玉：可视化。 刘瑞杰：验证、资源。 赵勇：撰写–审阅与编辑、监督、项目管理、资金获取。
利益冲突声明
作者声明他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些可能影响本文所报告工作的情况。
致谢
本工作部分得到国家自然科学基金（项目编号62533007、U22A2021、62473084）、河北省研究生创新能力培养专项资金项目（项目编号CXZZBS2026167）、河北省自然科学基金（项目编号F2024501044）、河北省高等学校科学研究项目（项目编号JZX2023009）以及中央高校基本科研业务费（项目编号N25ZLV009）的资助。
Zhenye Guo|Peng Yang|Riqing Lv|Yu Wang|Ruijie Liu|Yong Zhao
