引言

农药的滥用对环境安全、生态系统平衡以及人类健康构成了严重威胁。有效的农药监管依赖于快速而灵敏的检测技术。传统方法如薄层色谱（TLC）、液相色谱-质谱联用（LC-MS）和酶联免疫吸附试验（ELISA）虽然可靠，但缺乏便携性、易用性和时效性，限制了其广泛应用。近年来，表面增强拉曼光谱（SERS）作为一种便携、可靠且高度敏感的技术，逐渐崭露头角。本文将介绍一种创新的SERS传感器，它通过乙醇脱水介导的各向同性收缩策略，显著提升了农药检测的稳定性和灵敏度。

正文

1. 背景与研究意义

农药残留问题日益受到关注，尤其是一些具有致癌和致畸风险的农药如噻菌灵（thiram）和噻苯唑（TBZ）。传统的检测方法虽然可靠，但在实际应用中存在诸多局限。SERS技术因其高灵敏度和分子特异性，成为理想的解决方案。然而，现有的SERS基底材料在均匀性和稳定性方面仍有待改进。为此，研究人员提出了一种新的策略，通过乙醇脱水介导的各向同性收缩，优化了银纳米颗粒负载的聚丙烯酰胺（Ag@PAM）水凝胶SERS传感器的性能。

2. 实验设计与制备过程

研究团队首先通过化学交联法合成了透明的PAM水凝胶，并利用银离子（Ag⁺）与聚丙烯酰胺中的酰胺基团之间的亲和性，原位还原银离子形成银纳米颗粒（AgNPs），制备了Ag@PAM水凝胶基底。随后，将Ag@PAM基底浸泡在乙醇中进行脱水处理，诱导水凝胶发生各向同性收缩，从而增强了AgNPs之间的“热点”分布和分析物富集效果。

3. 性能优化与表征

为了评估该传感器的性能，研究人员进行了多项实验。结果显示，乙醇脱水处理后的Ag@PAM基底在4-硝基硫酚（4-NBT）检测中表现出显著的信号增强，Raman信号强度提高了17倍。此外，该基底还表现出优异的均匀性和重复性，相对标准偏差（RSD）低于10%。通过优化AgNPs沉积时间和循环次数，进一步提升了传感器的灵敏度和稳定性。

4. 液体环境中农药检测

研究人员使用该传感器对不同浓度的噻菌灵和噻苯唑进行了检测。结果表明，在极低浓度下（分别为1.0×10⁻⁹ g/mL和5.0×10⁻⁸ g/mL），传感器仍能有效检测到农药的存在。线性拟合曲线显示，该传感器对噻菌灵和噻苯唑的检出限分别为5.26×10⁻¹⁰ g/mL和3.00×10⁻⁸ g/mL。这些结果证明了该传感器在液体环境中的高灵敏度和可靠性。

5. 曲面表面农药检测

除了液体环境，研究人员还探索了该传感器在曲面表面的应用。通过在苹果和葡萄皮上沉积农药，研究人员验证了传感器在复杂曲面上的有效性。结果显示，该传感器能够在苹果皮和葡萄皮上成功检测到噻菌灵和噻苯唑的残留，回收率分别为82.50%-102.77%和87.25%-115.35%。这表明该传感器不仅适用于平面样品，还能应用于复杂的曲面表面。

结论

综上所述，该研究提出了一种基于乙醇脱水介导的各向同性收缩策略的Ag@PAM水凝胶SERS传感器。该传感器不仅在液体环境中表现出优异的灵敏度和稳定性，还在曲面表面上实现了可靠的农药检测。未来的研究可以进一步优化传感器的设计，提高其对更多种类农药的检测能力，并探索其在其他领域的应用潜力。

Fig. 1. 柔性 Ag@PAM 水凝胶基底的（a）合成和（b）SERS 检测过程的示意图。ED，乙醇脱水。

Fig. 2. 合成的 SERS 基底的表征

Fig. 3. ED - Ag@PAM SERS 基底的分析性能