高灵敏微针传感器问世 实时监测肉类新鲜度核心指标

食品安全性检测中，肉类腐败产生的腐胺和尸胺是关键危害指标，传统检测方法如高效液相色谱、气相色谱等存在操作复杂、耗时久、依赖专业设备等缺陷，难以满足现场快速筛查需求。近日，上海师范大学团队开发出一种基于微针（MN）和表面增强拉曼散射（SERS）技术的新型传感器，实现了肉类中腐胺和尸胺的原位、高灵敏、特异性检测，相关成果发表于《ACS Sensors》期刊。

该传感器以聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微针为基底，通过聚多巴胺（PDA）介导和离心力驱动，将金纳米颗粒（AuNPs）均匀致密地沉积在微针表面，构建出 AuNPs@PDA@PMMA-MN SERS 基底。核心创新在于利用扩展德贾奎因 - 兰道 - 弗韦 - 奥弗比克（EDLVO）理论优化沉积条件：离心力可克服 AuNPs 与 PDA 之间的静电排斥能垒（1.39×10⁻¹⁶ J），而 PDA 的强粘附性确保离心力撤去后，AuNPs 仍能稳定均匀附着，避免团聚。经优化，当 AuNPs 用量为 1mL、离心转速 4000rpm、离心时间 5min 时，基底的 SERS 增强效果最佳，对罗丹明 6G（R6G）的增强因子达 1.74×10⁶，检测限低至 3.1×10⁻¹⁰ mol/L，且批次间重现性良好，特征峰相对标准偏差（RSD）最低仅 2.64%。

图 1展示腐胺 / 尸胺敏感探针的制备流程及在实际肉类样品中的检测示意图。

为实现对腐胺和尸胺的特异性检测，研究团队在传感器表面修饰了 4 - 巯基苯甲醛（4-MBA）。当传感器刺入肉类样品后，4-MBA 中的羰基与腐胺、尸胺中的氨基发生席夫碱反应，在 1638 cm⁻¹ 处出现特征 SERS 峰，通过该特征峰与内标峰（1074 cm⁻¹）的强度比（I1638/I1074）可实现定量分析。实验表明，该传感器对腐胺的检测范围为 10⁻³~10⁻⁷ mol/L，检测限 2.43×10⁻⁷ mol/L；对尸胺的检测范围同样为 10⁻³~10⁻⁷ mol/L，检测限低至 9.93×10⁻⁸ mol/L，均优于现有同类传感设备。在选择性测试中，即使存在氯离子、赖氨酸、三乙胺等干扰物质，传感器仍能准确识别目标分析物，干扰度极低。

图 2呈现有无离心作用下 AuNPs@PDA@PMMA-MN 的 SEM 形貌及 AuNPs 分布差异。

该传感器在实际肉类检测中表现优异。研究团队将其应用于鸡肉、牛肉、猪肉和虾四种常见食材，成功实现了新鲜样品与反复冻融腐败样品的区分 —— 腐败样品的特征 SERS 峰强度显著高于新鲜样品，且检测结果与国家标准 HPLC 方法（GB 5009.208-2016）高度吻合。此外，传感器还能实时监测肉类储存过程中腐胺和尸胺的含量变化，其中虾类因水分含量高，腐败标志物增长速率最快，而猪肉因脂肪含量较高，增长相对缓慢，这一结果与微生物代谢规律一致。

图 3展示不同 AuNPs 用量、离心参数下的拉曼光谱，及 R6G 的 SERS 光谱与校准曲线。

这种微针 SERS 传感器兼具微针的原位穿透采样优势和 SERS 技术的高灵敏、指纹识别特性，无需复杂样品前处理，操作简便、检测快速（反应仅需 15min），可直接刺入肉类内部获取目标信号，避免了表面检测的局限性。其制备过程简单、成本可控，不仅为食品新鲜度检测提供了新工具，还有望扩展应用于环境监测、疾病诊断等领域，为现场快速检测技术的发展提供了新思路，对保障食品安全、维护公众健康具有重要实际意义。

参考文献：Yang K, Zhong F, Peng C, et al. Polydopamine-Mediated, Centrifugal Force-Driven Gold Nanoparticle-Deposited Microneedle SERS Sensors for Food Safety Monitoring Theoretical Study of the SERS Substrate Fabrication[J]. ACS sensors, 2025, 10(1): 339-349.