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分子印迹赋能硫丹表面增强拉曼检测：原理、应用与展望

一、引言

1.1研究背景与意义

硫丹作为一种有机氯杀虫剂，自1950年投放市场以来，凭借其触杀和胃毒的广谱杀虫作用，在农业领域得到了广泛应用。在气温高于20°C时，它还能通过蒸气发挥杀虫功效，因此被大量用于棉花、甘蔗、茶叶、谷物等农作物，以及金龟子、蚜虫等森林害虫和观赏植物的防治工作中。然而，随着研究的深入，硫丹的高毒性和环境持久性问题逐渐引起人们的关注。

从环境监测角度来看，硫丹性质稳定，难以被自然降解，在土壤中的半衰期可长达数年甚至数十年。如在加拿大的一项长期监测研究中发现，即便停止使用硫丹五年后，农田土壤中的硫丹残留量仍高达初始使用量的10%。它能够通过大气、土壤和水体传递进入环境，在土壤和沉积物中，可通过吸附、降解和生物累积等机制影响生态系统。研究表明，硫丹对非靶标生物具有显著毒性，对水生生物、鸟类和哺乳动物的生殖、发育和行为都会产生不良影响。此外，硫丹还具有生物累积性，在食物链中逐渐富集，例如在鱼类体内，其浓度可比水体中高出数百倍，对生态系统中的高营养级生物构成更大风险。

在食品安全领域，硫丹的残留问题也不容忽视。我国农业部以及联合国粮农组织对硫丹在苹果、梨、水果（列出除外）、棉籽、棉籽油等食品中的残留限量标准（MRL值）作出了明确规定。一旦食品中的硫丹残留超标，将直接威胁人体健康。长期接触低剂量硫丹可能导致人体神经传导功能受损、肌肉协调能力下降以及认知功能减退。如在墨西哥对长期暴露于硫丹的农业工人健康调查中发现，这些工人的神经系统功能指标显著低于未接触硫丹的对照组。

目前，常用的硫丹检测方法包括气相色谱-质谱法（GC-MS）、高效液相色谱法（HPLC）和酶联免疫法（ELISA）等。气相色谱-质谱法虽具有高灵敏度和高选择性，但设备昂贵、操作复杂，需要专业技术人员进行维护和操作，且分析时间较长，难以满足现场快速检测的需求；高效液相色谱法同样存在设备成本高、样品前处理复杂的问题；酶联免疫法虽然具有操作相对简便、分析速度较快的优点，但存在抗体稳定性差、易受干扰等局限性，导致检测结果的准确性和可靠性受到影响。

分子印迹技术（MolecularlyImprintedPolymers，简称MIPs）是一种通过将模板分子与功能单体在特定条件下共聚形成特异性结构的方法，从而制备具有模板分子选择性的聚合物。该聚合物对目标分子具有高度的特异性识别能力，能够在复杂基质中选择性地分离和富集目标分子。表面增强拉曼散射技术（Surface-enhancedRamanScattering，简称SERS）则是一种能够增强微小分子光谱强度的技术，具有灵敏度高、可实现单分子检测、特异性强、可操作性强、适用范围广（可用于化学和生物样品，且不受水的干扰）以及操作成本低（便携，可用于现场分析）等优势。将分子印迹技术与表面增强拉曼检测技术相结合（MIP-SERS），能够充分发挥两者的长处。分子印迹聚合物可以对硫丹进行特异性识别和富集，有效减少复杂样品基质的干扰，提高检测的选择性；表面增强拉曼散射技术则能够极大地提高检测的灵敏度，实现对痕量硫丹的快速、准确检测。这种结合不仅为硫丹的检测提供了一种新的有效手段，在环境监测中能够及时准确地检测环境中的硫丹残留，为环境保护和生态修复提供科学依据；在食品安全检测方面，能够快速筛查食品中的硫丹残留，保障消费者的饮食安全，对于维护生态平衡和人类健康具有重要的现实意义，还在科学研究层面上，为其他有机污染物的检测提供了新的思路和方法，推动分析检测技术的进一步发展。

1.2研究目的与创新点

本研究旨在深入探究分子印迹技术在硫丹表面增强拉曼检测中的应用，通过将分子印迹聚合物的特异性识别能力与表面增强拉曼散射技术的高灵敏度相结合，构建一种高效、准确、快速的硫丹检测新方法，为环境监测和食品安全领域中硫丹残留的检测提供有力的技术支持。

在研究过程中，本项目具有以下创新点：一是探索新型的分子印迹材料，传统的分子印迹聚合物在稳定性、吸附容量和选择性等方面存在一定的局限性，本研究将尝试引入新型的功能单体和交联剂，通过优化聚合条件，制备出具有更高特异性和稳定性的分子印迹聚合物，以提高对硫丹的识别和富集能力；二是优化检测工艺，对分子印迹聚合物的制备过程、表面增强拉曼散射基底的构建以及两者的结合方式进行系统优化，提高检测的灵敏度和重现性。同时，研究如何减少复杂样品基质对检测结果的干扰，实现对实际样品中硫丹的直接、准确检测；三是拓展应用领域，将所建立的分子印迹-表面增强拉曼检测方法应用于不同类型的环境样品（如土壤、水体、大气颗粒物等）和食品样品（如水果、蔬菜、谷物等）中硫丹残留的检测，验证该方法的普适性和实用性。

1.3国内外研究现状