海水、生物血清等复杂样品中通常含有大量盐分、蛋白质等干扰物质，长期制约痕量污染物的准确检测。表面增强拉曼光谱（SERS）技术具有灵敏度高、识别能力强、检测速度快等优势，在痕量分析中展现出广阔的应用前景。然而，传统 SERS 检测易出现高盐诱导胶体纳米颗粒无序聚集、蛋白质强吸附导致信号减弱与重复性下降。为解决这一难题，近日，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），构建了一种基于蒸发驱动的水凝胶毫米凝珠 SERS 富集检测平台，为高盐海水及富含蛋白质样品中痕量有机污染物的检测提供了新的研究思路。

该平台以海藻酸钠水凝胶毫米凝珠为三维载体，均匀负载银纳米颗粒，依托水凝胶的吸附富集、分子筛分以及蒸发驱动浓缩作用，实现复杂基质中目标有机分子的高灵敏检测。样品吸附后经自然蒸发、凝珠均匀收缩，将目标分子与银纳米颗粒同步浓缩，形成密集且稳定的 SERS 增强位点，最终实现高灵敏检测（图1）。

图1. 银纳米颗粒负载水凝胶毫米凝珠SERS富集检测平台及检测机理示意图

该研究的两大核心创新突破行业痛点。

创新点一：无需超疏水基底，从根源抑制咖啡环效应。传统液滴蒸发型 SERS 富集检测技术，依赖超疏水基底，操作复杂、成本高，且易产生咖啡环效应，降低检测均匀性与富集效率。本平台无需任何特殊疏水表面处理即可实现蒸发浓缩富集（图2），显著改善信号均一性与检测灵敏度，大幅降低操作复杂度与测试成本。

图2. 水凝胶毫米凝珠SERS富集检测平台解决咖啡环效应普适性测试

创新点二：三维网络强化抗干扰能力，耐盐抗蛋白性能大幅提升。水凝胶凝珠的三维网状结构及其蒸发过程的各向同性可保障目标分子富集的均匀性，能够限制银纳米颗粒无序聚集，在 150 mM NaCl 的高盐环境中仍可保持稳定的 SERS 信号。带负电的水凝胶网络可通过尺寸筛分与静电排斥作用，阻挡大分子蛋白质进入内部，减少蛋白质对 SERS 活性位点的遮挡（图3）。与传统液滴蒸发方法相比，该平台耐盐能力提升至少 15 倍，耐蛋白干扰能力提升约 100 倍。

图3. 水凝胶毫米凝珠SERS富集检测平台高盐与蛋白质抗干扰性能测试

研究成果实际应用表现优异，场景广阔。团队以近海水产养殖常用抗菌剂孔雀石绿为目标物，在天然海水和鱼血清样品中实现低至 10⁻⁷ M 的高灵敏检测，有效削弱盐度和蛋白质干扰（图4）。平台还可应用于不同类型工业废水的 SERS 指纹采集，实现废水分类准确率达 100%。在海水、生物样品和工业废水等复杂体系中的痕量污染物检测中具备良好的实际应用前景。

图4. 水凝胶毫米凝珠SERS富集检测平台用于海水和鱼血清样品检测

相关成果已发表于纳米科学领域权威期刊《Nano Letters》。文章第一作者为烟台海岸带所硕士生苏晓彤和博士生刘珂，通讯作者为张志阳研究员、Jaebum Choo 教授与陈令新研究员。该研究得到国家自然科学基金、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

Xiaotong Su, Ke Liu, Zhiyang Zhang*, Qirui Shen, Yu Feng, Yan Chen, Yifan Sui, Jiadong Chen, Renshuang Liu, Haoyuan Zhou, Yanzhou Wu, Jaebum Choo*, and Lingxin Chen*. Robust SERS Platform Enabled by Silver-Nanoparticle-Loaded Hydrogel Millibeads for Trace Detection in High-Salt and Protein-Rich Complex Matrixes. Nano Letters. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c00376