近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体所纳米材料与器件技术研究部，在有机膦神经毒剂超灵敏便携式表面增强拉曼光谱（SERS）检测方向取得研究新突破。研究团队提出基于P-C键定向分子识别的全新检测策略，成功实现沙林毒剂在气相、液相两种状态下的快速甄别与超痕量检测。相关研究论文以“Rational design of an oxime-functionalized probe for ultrasensitive and portable SERS detection of organophosphorus nerve agents”为题，发表在国际知名期刊《Chemical Engineering Journal》。
截图来源：Chemical Engineering Journal
以沙林为代表的有机膦神经毒剂，具备剧烈毒性，人体仅仅微量接触，就可能造成呼吸抑制，严重情况下会直接导致死亡。在机场、大型集会活动现场、边境口岸等重点公共区域，如果能够完成环境中痕量毒剂的实时监测、高灵敏检出与准确判定，对于筑牢公共安全防线有着十分重要的现实意义。
但沙林类毒剂的现场检测一直存在技术难点：毒剂分子和SERS等离子传感基底相互作用微弱，同时缺少性能可靠的捕获探针，制约快速精准检测的实现。色谱-质谱、离子迁移谱等传统检测手段，虽然检测准确度较高，但是设备体型庞大、检测流程耗时，部分场景灵敏度有限，并不适合用于户外现场快速筛查工作。
为破解上述技术痛点，科研人员将分子工程设计与SERS传感技术相结合，提出材料驱动的检测新思路。依托有机膦毒剂分子P-C键的固有结构特征，搭建起P-C键定向分子识别机制；选取肟基(C=NOH)作为核心识别单元，设计并制备出多功能肟基类探针分子PAOM。
该探针分子集成肟基、胺基、吡啶环、巯基四类可以协同工作的功能基团：肟基和胺基共同组成偕胺肟结构，能够对有机膦毒剂产生强亲核作用，实现特异性捕获；吡啶环可以有效放大探针的拉曼信号；巯基借助Au-S化学键，把探针牢牢固定在金基等离子SERS芯片表面，保障传感界面稳定有效。
依托这套痕量毒剂侦检技术，研究团队已经建立起从核心功能材料到实际系统应用的完整知识产权体系，获得多项国家发明专利、实用新型专利以及软件著作权，还编制并落地实施多项配套技术标准。目前该技术成果已经投入多项重大活动的安保实战，为后续技术成果转化和产业化落地应用打下坚实基础。
本研究相关经费得到国家自然科学基金、安徽省自然科学基金、中国科学院合肥物质院院长基金的支持。
来源：中国科学院合肥物质科学研究院
