近日，我校食品科技学院屠康教授和潘磊庆教授团队，利用水凝胶体系中“乙醇-水”快速置换促使柔性表面增强拉曼光谱（SERS）基底“热点”致密化，实现了快速、灵敏、多场景的农药残留分析。相关研究成果以“Isotropic shrinkage-inspired strategy for plasmonic nanoparticle-loaded hydrogel SERS sensor towards robust and sensitive detection of pesticides”为题，在国际著名期刊《Chemical Engineering Journal》在线发表。
农药在农业生产中的广泛应用，虽然提高了作物产量，但也对生态环境和人类健康构成了严重威胁。传统的农药残留检测方法，如薄层色谱（TLC）、液相色谱-质谱（LC-MS）和酶联免疫吸附试验（ELISA）等，虽然准确可靠，但存在操作复杂、耗时长、设备昂贵等问题，难以满足现场快速检测的需求。因此，开发一种便携、快速、灵敏的农药残留检测技术成为当务之急。
SERS技术因其高灵敏度、快速响应和便携性，成为农药残留检测的理想选择。SERS技术通过增强拉曼信号，能够检测到极低浓度的分析物，尤其在痕量农药检测中表现出色。然而，传统的SERS基底在材料均匀性、制造工艺复杂性和多场景适应性方面存在诸多挑战，限制了其在实际应用中的推广。
潘磊庆教授团队创新性地利用聚丙烯酰胺（PAM）水凝胶作为SERS基底框架，通过“乙醇-水”快速置换方法，实现了水凝胶的“各向同性”收缩。这种收缩方式使得水凝胶中的银纳米粒子（AgNPs）紧密聚集，形成了均匀且密集的“热点”分布，显著增强了拉曼信号的强度和稳定性。实验表明，与传统风干（AD）方法相比，乙醇脱水（ED）处理的Ag@PAM水凝胶在12分钟内即可实现快速SERS增强，且信号均匀性显著提高（RSD < 10%），对4-硝基苯硫醇（4-NBT）的检测信号提升了17倍，检出限（LOD）低至2.21×10−12 M (~3.43 × 10–13 g⋅mL−1)。
该SERS传感平台不仅在液体基质环境中表现出色，还能有效应用于曲面样品表面检测。其对液体环境中福美双（一种二硫代氨基甲酸酯类杀菌剂）和噻菌灵（一种系统性苯并咪唑类杀菌剂和寄生虫除臭剂）的检出限分别低至5.26 × 10–10 g⋅mL−1和3.00 × 10–8 g⋅mL−1，对曲面样品（苹果、葡萄）表面福美双和噻菌灵的检出限分别低至2.18 × 10–9 g⋅cm−2 和2.35 × 10–8 g⋅cm−2。
研究成果为农药残留检测提供了一种简单、快速、高灵敏度的新方法，具有广泛的应用前景。未来，该技术有望在食品安全、环境监测等领域发挥重要作用，为保障食品和环境安全提供有力支持。
南京农业大学食品科技学院潘磊庆教授和兰维杰副教授为共同通讯作者，博士研究生马辉为第一作者。参与研究的还有屠康教授、四川成都海关技术中心刘俊正高级工程师，天津海关动植物与食品检测中心宓捷波研究员和赵孔祥研究员，以及淮安市食品药品检验所苏晶正高级工程师等。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省市场监督管理局科技项目和淮安市自然科学研究计划等项目的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.161380
