| 發布日期：2024-05-31 |
SERS在多種抗生素快速富集和超靈敏檢測中的應用
前言
抗生素對幾種革蘭氏陰性和陽性細菌具有廣泛的活性。它們被廣泛用于治療細菌感染，并可用于口服。然而，抗生素在人體組織中新陳代謝后，主要以母體化合物的形式在尿中排泄。它們的過度使用和濫用可能與對人類的多種健康危害有關，如骨髓抑制、肝毒性、致癌和遺傳毒性等。通常來說，幾種抗生素同時服用以獲得較強的治療活性，如阿莫西林(AMO)、環丙沙星(CIP)和四環素(TTC)。因此快速、高效、同時監測尿液中的多種抗生素對于正確指導抗生素的使用至關重要，并成為一個主要的癥結。
圖1.抗生素圖片
蘭州大學的研究人員制備了表面增強拉曼散射（SERS）紙芯片，使用如海拉曼設備實現了快速富集和超靈敏抗生素檢測的雙重功能。
實驗方法
通過原位生成方法，使用纖維素濾紙（CFP）制備了涂有三層等離子體金屬（Ag@Au@Ag）的三維ZnO納米花。該基質被創建為表面增強拉曼散射（SERS）紙芯片，使用紙芯片和手機-拉曼光譜儀集成系統，也可以高精度地識別ppb水平的人體尿液抗生素。
圖2.實驗流程圖
實驗結果
在該研究中，便攜式拉曼光譜儀（激光波長為785 nm）與普通手機連接以進行便攜式檢測（圖4A）。使用設備探針上的 3D 打印支架將紙芯片固定，以找到并固定最佳聚焦位置（圖 4A 的插圖）。固定位置后，操作人員只需將新的紙片插入支架中即可進行下一次測量。
圖3顯示了從10ppm-10ppb濃度的抗生素（AMO、CIP和 TTC）SERS光譜。
圖3.抗生素（AMO、CIP和 TTC）SERS光譜
如圖4B所示，AMO、CIP和TTC的可檢測濃度分別為0.01、0.1和0.1ppm。檢測能力可滿足歐盟等國家食品藥品監督管理局（FDA）對食品中抗生素最大殘留限量（MRL，100 ppb）的需求。預計用3D ZnO NF和三層等離子體納米結構裝飾的紙芯片在不久的將來在各種有害物質的現場分析中具有用于即時 (POC)檢測的巨大潛力。
在此，將三種抗生素（AMO、CIP和TTC）混合在溶液中。集成的SERS光譜如圖4C所示。AMO（1353 cm?1）、CIP（748、789?1和1391 cm?1）和TTC（460?1和1282 cm?1）的特征帶可以明顯區分。然而，從SERS光譜中人工識別這三種抗生素是很困難的。將其與PCA-LDA分析相結合，可幫助快速鑒定三種抗生素。PCA 是降低相關多元數據維度時最廣泛使用的多元統計技術之一。對SERS光譜（初始維度= 1625）進行PCA分析以降低維度。前29個主成分作為LDA的輸入進行分類，結果如圖4D所示。AMO、CIP和TTC的SERS光譜可分為三個獨立且無干擾的簇。判別準確率接近100%。顯然，借助 PCA-LDA 分析，可以從SERS光譜中快速有效地識別出三種抗生素的成分。
圖4.便攜式拉曼分光光度計-手機一體化系統測試結果
總結
開發了 SERS 紙芯片利用便攜式拉曼分光光度計-手機一體化系統，無需任何預處理，即可成功檢測出ppb級抗生素。通過PCA-LDA分析可以有效地識別具有相似SERS信號的三種抗生素。
文獻來源
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RMS3000微型拉曼光譜儀
RMS3000（Raman Minimal System）是一款微型的785 nm同軸共聚焦拉曼光譜儀，其采用全空間光設計，優化散熱接口，采用N.A0.11數值孔徑激發采集光路。支持Windows、Linux和Windows多種操作平臺和主控系統，隨機配備手機端（Andorid）和電腦端采集分析軟件。具備非凡的分辨率、靈敏度、穿透能力和抑制熒光干擾能力。既可以單獨使用也可以作為核心部件集成進拉曼自動化系統，滿足科研院所、相關監管機構與企業在無機/有機材料、生物生命、化學/化工、藥物分析、食品安全、刑偵鑒定、環境污染檢測等研究中的需求。
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