层数可调银纳米颗粒膜SERS增强优化及其在食品安全中抗生素残留检测的应用

《Nanomaterials》：Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Method for Sensitive Detection of Antibiotic Residues by Layer-Optimized Multilayer Nanoparticle Film Structures

　　

摘要

表面增强拉曼散射（SERS）凭借其高灵敏度和指纹识别能力，已广泛应用于食品安全筛查。然而，SERS在实际应用中面临着热点数量精确控制以及确定有多少热点实际贡献于所采集信号等方面的挑战。在本研究中，采用银纳米颗粒（AgNPs）构建了一系列层数可调的AgNP膜结构，通过液-液界面自组装方法将一到五层AgNP薄膜进行组装，从而获得大量垂直耦合的纳米间隙结构。以结晶紫作为探针分子，评估了叠层数与有效增强之间的关联。结果表明，SERS强度从一层到三层呈递增趋势，随后下降，这主要源于垂直等离子体耦合与有限光学穿透深度之间的竞争作用；在30个随机选取位置测得的结晶紫信号在1617 cm^?1处的点-点相对标准偏差，以三层膜为最低（5.52%），而五层膜则上升至10.15%。有限元模拟和单层WS₂埋探针测量结果支持了这一结论。利用优化后的三层AgNP膜，检测了四种氟喹诺酮类抗生素。该方法还被应用于加标鸡提取物中的抗生素残留筛查。该层数优化策略可推广至其他纳米颗粒尺寸和激发波长，在环境和食品安全监测领域实现更广泛的SERS应用。