磁性辅助表面增强拉曼光谱技术实现尿液中葡萄糖的无创、无酶超灵敏检测——面向临床诊断的Fe3O4@C/Ag纳米结构研究

　　本研究创新性地开发了基于Fe3O4@C/Ag纳米结构的磁性辅助表面增强拉曼光谱（MA-SERS）技术，实现了尿液中葡萄糖的无创、无酶、超灵敏检测。该平台通过碳壳增强吸附与银涂层等离子共振协同作用，突破葡萄糖低拉曼截面的检测瓶颈，灵敏度达0.21 mM，为糖尿病早期诊断提供革命性解决方案。

　　

材料

合成Fe₃O₄@C所需的二茂铁（Fe(C₅H₅)₂, 98 wt%）和过氧化氢溶液（H₂O₂, 30 v/v%）购自Sigma-Aldrich（英国）。制备银纳米颗粒所需的硝酸银（AgNO₃, ≥99.0 wt%）和硼氢化钠（NaBH₄, 99 wt%）购自上海化学试剂有限公司（中国）。葡萄糖分析物（C₆H₁₂O₆, ≥99.0 wt%）同样由Sigma-Aldrich（英国）提供。实验中使用乙醇（C₂H₅OH, 98% v/v）和丙酮（C₃H₆O, 99% v/v）作为溶剂。

Fe₃O₄@C/Ag纳米结构的表征

通过场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）对Fe₃O₄@C和Fe₃O₄@C/Ag纳米结构的形貌进行观察，结果如图1所示。图1a与1b显示，通过水热法合成的Fe₃O₄@C颗粒呈球形，平均直径约130 nm（尺寸分布见图1e），且均匀性良好。SEM图像显示每个颗粒均包覆有一层外层，该外层相较于致密内核显得更为透明，表明碳壳成功包裹磁性核心。

结论

我们成功基于Fe₃O₄@C/Ag纳米结构开发的磁性辅助SERS（MA-SERS）技术，实现了人工尿液中葡萄糖水平的直接分析。Fe₃O₄@C/Ag基底的SERS检测信号显著优于裸银，检测灵敏度低至0.21 mM（远低于临床糖尿病前期阈值5.6 mM），而裸银即使在100 mM高浓度下仍无法检测葡萄糖。Fe₃O₄@C/Ag纳米结构通过碳壳提升葡萄糖吸附能力，银涂层强化等离子增强效应，磁性内核则实现液相样本中靶标分子的高效富集，为糖尿病无创诊断开辟了新途径。