海岸带水体与环境界面pH值的在线精准测量是海洋生态环境过程研究的关键环节。表面增强拉曼散射（SERS）光谱技术因其独特的分子指纹识别能力、高灵敏度和快速响应特性，成为该领域内兼具高抗干扰性和环境适应性的在线监测新技术。其中，基于标记分子的SERS传感策略，通过探针与目标物作用产生的光谱变化实现检测。目前pH传感最常用的4-巯基苯甲酸（4-MBA）探针，其羧基的pH响应拉曼信号较弱，且复杂样品基质中干扰物的拉曼信号易与探针信号发生重叠，二者共同限制了SERS pH传感在酸性环境中的准确性与可靠性。为攻克SERS pH传感在酸性环境监测中的技术瓶颈，中国科学院烟台海岸带研究所海岸带生态环境监测与健康研究组（陈令新研究员团队）张志阳研究员研制了一种基于新型SERS探针与水凝胶隔离保护的在线光学pH传感器，为复杂环境介质中实现高准确性、抗干扰、连续在线的pH监测提供了全新的研究思路与技术范式。

图1基于水凝胶隔离与双羧酸响应SERS探针的在线pH传感器原理示意图

研究采用2,5-二巯基对苯二甲酸（2,5-DMTA）作为pH响应探针，通过其双羧基在质子化/去质子化过程中产生的显著光谱变化实现信号响应，并结合水凝胶封装技术有效阻隔基质干扰，建立了复杂酸性环境中pH精准在线监测的新方法。本研究主要有三大创新点。

创新点一：设计了具有双羧基pH响应基团的新型SERS探针2,5-DMTA。该探针在质子化/去质子化过程中所产生的光谱变化远优于传统单羧基探针4-MBA，能够在pH 0–7的酸性范围内表现出优异的线性响应（R² = 0.9786），显著改善了4-MBA在强酸条件下响应弱、误差高（RSD ≈ 20%）的问题，将检测精度提升至RSD < 5%，极大增强了酸性环境下的定量可靠性。

图2 本研究探针分子（2,5-DMTA）和常规探针分子（4-MBA）检测性能对比

创新点二：构建水凝胶隔离屏障，增强复杂环境抗干扰能力。研究将基底嵌入琼脂糖水凝胶中，形成AuNP水凝胶复合材料。该设计有效最小化了非特异性吸附，确保了pH依赖性光谱响应的可靠性。同时传感器表现出良好的可逆性（至少6个pH切换循环）、稳定的连续读数（30分钟）和长期存储稳定性（30天）。

图3 水凝胶隔离层的抗干扰性能展示

创新点三：构建微流控在线监测系统，推动实际环境分析应用。研究将传感器与3D打印微流控设备集成，建立了自动化在线分析平台。在真实湖水环境中成功实现了pH动态变化的快速响应（~120 s）与精准追踪，验证了该方法在复杂介质中连续监测的可靠性与应用潜力。

图4 微流控在线监测系统及实际水样测试应用

相关成果已发表于化学传感领域权威期刊《ACS Sensors》。文章第一作者为烟台海岸带所博士生陈燕，通讯作者为张志阳研究员、Jaebum Choo教授与陈令新研究员。该研究获国家自然科学基金、中国科学院青年人才计划、山东省泰山学者青年专家、山东省青年基金B类、韩国国家研究基金会等项目的资助。

论文信息：

Yan Chen,Zhiyang Zhang,* Yanzhou Wu,Ke Liu,Yifan Sui,Xiaotong Su,Jiadong Chen,Jaebum Choo,* and Lingxin Chen*. Utilizing Hydrogel-Isolated Dual-Carboxyl Surface-Enhanced Raman Scattering Probe for Accurate Online pH Monitoring. ACS Sensor. https://doi..org/10.1021/acssensors.5c03124.