近日，华南理工大学蒲洪彬副教授和孙大文院士在食品领域国际顶级期刊Trends in Food Science & Technology (IF=15.3)在线发表题为“Special chemical reactions combined with SERS techniques for improving detection of trace and Raman-inactive food contaminants: Principles and applications”的综述，系统地阐述了用于改进痕量和拉曼无活性食品污染物SERS检测的特殊化学反应的原理和研究进展。华南理工大学蒲洪彬副教授为第一作者，硕士生欧阳绮鸿为第二作者，孙大文院士为本文通讯作者。
表面增强拉曼光谱（SERS）由于其快速、超灵敏等多种优势，成为快速食品安全分析的最佳光谱候选者。然而，食品中的大多数污染物是痕量或拉曼非活性。各种反应已被证明可以通过改变分子振动模式、SERS基底性能和信号分子到基底的距离来间接增强SERS检测性能。因此，各种特殊的化学反应有望实现痕量和拉曼无活性分子的灵敏和选择性SERS检测，拓宽SERS技术在食品安全分析领域的应用范围。
本综述总结了可用于增强SERS检测性能的特殊化学反应的类型，包括衍生反应、配位反应、缔合反应和催化反应。随后对这些特殊化学反应的概念及其增强策略进行了介绍。此外，讨论了这些特殊化学反应与SERS技术结合在非法添加剂、农兽药残留、食源性细菌和毒素、食品加工和储藏污染物及其它污染物检测中的应用。最后，结合目前特殊化学反应与SERS技术结合在检测中存在的问题提出了未来的工作展望。
附图：
图1. 与SERS技术结合的特殊化学反应的主要类型、增强策略及其在食品安全监测中的应用
图2. 衍生反应增强SERS检测性能的原理实例: (A)氧化还原反应改变SERS基底的SPR能力; (B) 重氮化偶联反应生成偶氮衍生物; (C)AHMT显色反应产生拉曼活性衍生物和增加分析物对底物的亲和力; (D) 加成反应生成拉曼活性衍生物。
图3. 配位反应增强SERS检测性能的原理实例: (A) 配位反应改变底物的SERS活性; (B) 配位反应使分析物靠近“热点”区域; (C) 配位反应使信号分子的SERS谱发生显著变化; (D) 配位反应改变信号分子相对于基底的取向。
图4. 缔合反应增强SERS检测性能的原理实例: (A) 免疫反应诱导贵金属纳米颗粒的分散; (B) 适体反应形成具有稳定发夹结构的复合物并打破贵金属纳米颗粒表面的总电荷平衡; (C) MIPs从复杂基质中分离和富集分析物; (D) 缔合反应改善分析物在传感体积内的定位; (E) 缔合反应猝灭信号分子; (F)缔合反应通过竞争吸附使信号分子远离基底。
图5. 催化反应增强SERS检测性能的原理实例: (A) 在分析物作为催化剂的情况下，改变基底的形态; (B) 在分析物作为催化剂的情况下，猝灭信号分子的SERS信号; (C)在生物化学反应中释放催化剂以催化贵金属纳米颗粒的形成; (D) 酶催化产物与信号分子反应，猝灭信号分子。
参考文献：https://doi.org/10.1016/j.tifs.2023.104202
专家/团队介绍：
孙大文（Da-Wen Sun），男，广东省潮州人，欧洲历史上唯一的华侨华人 “六院院士” ，中国致公党第十四/十五届中央委员，中国侨联特聘专家，国务院侨务办公室专家咨询委员会委员，全国政协特邀海外列席代表和海外列席组召集人（2012）。欧洲科学院（欧洲人文和自然科学院）（Academia Europaea）院士，爱尔兰皇家科学院（Royal Irish Academy）院士，波兰科学院（Polska Akademia Nauk）外籍院士，国际食品科学院（IAFoST）院士，国际农业与生物系统工程科学院（iAABE）院士，国际制冷科学院院士。施普林格国际著名期刊《食品与生物加工技术》（Food and Bioprocess Technology）创刊者和主编（2008年创刊时即被SCI收录，第二年进入SCI一区， 现影响因子=5.8）、泰勒弗朗西斯集团《现代食品工程》 (Contemporary Food Engineering) 系列丛书创始主编、国际农业工程委员会（CIGR）主席（2013-2014）和荣誉主席、国际农业与生物系统工程科学院（iAABE）创院院长。现任华南理工大学教授，博导，现代食品工程研究中心主任；广东省农产品智能冷链物流装备工程实验室主任、广东省冷链食品智能感知与过程控制工程技术研究中心主任、广东省现代食品工程国际科技合作基地主任、广东省食品智能质控与过程技术装备国际暨港澳台合作创新平台主任、广东省现代农业（农产品无损检测及精深加工）产业技术研发中心主任、广东省农产品品质智能感知与精准控制现代农业科技创新中心主任、广东省农产品保鲜物流共性关键技术研发创新团队首席科学家、广州市农产品智能感知与品质控制重点实验室主任；爱尔兰国立都柏林大学（UCD）食品和生物系统工程终身教授。
荣获国际农业与生物系统工程委员会（CIGR）杰出奖，英国皇家机械工程师学会“食品工程师年度人物”，凤凰卫视“影响世界华人大奖”，国际食品保护协会“冷冻食品基金会冷冻研究奖”，国际工程与食品协会终身成就奖，“CIGR荣誉主席”等多项国际大奖， 2015年至2023年连续九年荣获科睿唯安全球“高被引科学家”称号,并位居美国斯坦福大学“全球前2％科学家”排名中国食品科学与工程入选的三百多位学者名单的第一位。
在世界著名杂志和国际会议上共发表了1000多篇论文，其中，以通讯作者发表并被SCI收录的期刊论文超过700篇，出版专著17部，Web of Science统计的学术h指数为119，SCOPUS统计的学术h指数为129，Google Scholar 统计的学术h指数为152。特别是在高光谱成像、计算机视觉、真空冷却、超声波辅助冷冻和CFD模拟等方面的论文已经成为其他研究者的经典参考文献。71篇论文入选ESI农学“高被引论文”，全球排名第一位（2020.01）。2015年至2023年连续九年荣获科睿唯安全球“高被引科学家”称号，并位居美国斯坦福大学“全球前2％科学家”排名中国食品科学与工程入选的三百多位学者名单的第一位。
2011年底起回到华南理工大学工作以来，迄今为止（2023年07月）在Web of Science网站上可以检索到的文章中，共有342篇是以华南理工大学食品科学与工程学院作为第一作者单位的论文，其中高被引论文50篇，JCR一区论文285篇，影响因子大于6的131篇。高被引论文数占华南理工大学全校和食品科学与工程学院的比例分别为11%和70%。其中2篇入选中国百篇最具影响国际学术论文，为华南理工大学唯一入选的两篇论文。
主持国家“十二五”科技支撑计划项目，国家“十三五”重点研发专项，国家国际科技合作专项，国家自然科学基金，东西部合作重大项目，广东省科技厅，农业农村厅，教育厅等科技计划项目，广州市科技计划项目，企业合作项目等四十多项。授权中国发明专利77件，美英日等发明专利10件，申请国际PCT专利9项。2019年至2023年共为华南理工大学培养科睿唯安全球“高被引科学家”9人次。荣获2014年度广东省科学技术奖一等奖（排名第二），2016年度教育部科技进步奖二等奖（排名第一），2016年度广东省科学技术奖三等奖（排名第一）, 2018年度中国轻工业联合会科学技术进步奖一等奖（排名第二），2018年度广东省科技进步奖一等奖（排名第一），2020年度安徽省科技进步奖二等奖（排名第三）。
更多信息请访问网址：http://www.ucd.ie/sun/; http://www2.scut.edu.cn/acfe/
