●前言●

抗生素对几种革兰氏阴性和阳性细菌具有广泛的活性。它们被广泛用于治疗细菌感染，并可用于口服。然而，抗生素在人体组织中新陈代谢后，主要以母体化合物的形式在尿中排泄。

它们的过度使用和滥用可能与对人类的多种健康危害有关，如骨髓抑制、肝毒性、致癌和遗传毒性等。通常来说，几种抗生素同时服用以获得较强的治疗活性，如阿莫西林(AMO)、环丙沙星(CIP)和四环素(TTC)。

因此，快速、高效、同时监测尿液中的多种抗生素，对于正确指导抗生素的使用至关重要，并成为一个主要的症结。

兰州大学的研究人员制备了表面增强拉曼散射（SERS）纸芯片，使用如海拉曼设备实现了快速富集和超灵敏抗生素检测的双重功能。

●实验方法●

通过原位生成方法，使用纤维素滤纸（CFP）制备了涂有三层等离子体金属（Ag@Au@Ag）的三维ZnO纳米花。

该基质被创建为表面增强拉曼散射（SERS）纸芯片，使用纸芯片和手机-拉曼光谱仪集成系统，也可以高精度地识别ppb水平的人体尿液抗生素。

●实验结果●

在该研究中，便携式拉曼光谱仪（激光波长为785 nm）与普通手机连接以进行便携式检测（图4A）。

使用设备探针上的 3D 打印支架将纸芯片固定，以找到并固定最佳聚焦位置（参考图4 A）。

固定位置后，操作人员只需将新的纸片插入支架中即可进行下一次测量。

图3显示了从10ppm-10ppb浓度的抗生素（AMO、CIP和 TTC）SERS光谱。

图3. 抗生素（AMO、CIP和 TTC）SERS光谱

图4. 

便携式拉曼分光光度计-手机一体化系统测试结果

如图4 B所示，AMO、CIP和TTC的可检测浓度分别为0.01、0.1和0.1ppm。

检测能力可满足欧盟等国家食品药品监督管理局（FDA）对食品中抗生素最大残留限量（MRL，100 ppb）的需求。

预计用3D ZnO NF和三层等离子体纳米结构装饰的纸芯片在不久的将来在各种有害物质的现场分析中具有用于即时 (POC)检测的巨大潜力。

在此，将三种抗生素（AMO、CIP和TTC）混合在溶液中。集成的SERS光谱如图4 C所示。AMO（1353 cm?1）、CIP（748、789?1和1391 cm?1）和TTC（460?1和1282 cm?1）的特征带可以明显区分。

然而，从SERS光谱中人工识别这三种抗生素是很困难的。将其与PCA-LDA分析相结合，可帮助快速鉴定三种抗生素。PCA 是降低相关多元数据维度时最广泛使用的多元统计技术之一。对SERS光谱（初始维度= 1625）进行PCA分析以降低维度。前29个主成分作为LDA的输入进行分类，结果如图4D所示。AMO、CIP和TTC的SERS光谱可分为三个独立且无干扰的簇。判别准确率接近100%。

显然，借助 PCA-LDA 分析，可以从SERS光谱中快速有效地识别出三种抗生素的成分。

●总结●

开发了 SERS 纸芯片利用便携式拉曼分光光度计-手机一体化系统，无需任何预处理，即可成功检测出ppb级抗生素。

通过PCA-LDA分析可以有效地识别具有相似SERS信号的三种抗生素。

●文献来源●

●产品简介●

RMS3000（Raman Minimal System）是一款微型的785 nm同轴共聚焦拉曼光谱仪，其采用全空间光设计，优化散热接口，采用N.A0.11数值孔径激发采集光路。

支持Windows、Linux和Windows多种操作平台和主控系统，随机配备手机端（Andorid）和电脑端采集分析软件。

具备非凡的分辨率、灵敏度、穿透能力和抑制荧光干扰能力。既可以单独使用也可以作为核心部件集成进拉曼自动化系统，满足科研院所、相关监管机构与企业在无机/有机材料、生物生命、化学/化工、药物分析、食品安全、刑侦鉴定、环境污染检测等研究中的需求。

●产品特点●

• 体积小巧，重量轻。只有103×83×26 mm和305 g；

• 空间光、微型共聚焦设计。最小光斑≤30 μm；

• 高分辨率（~6 cm-1），高抑制荧光能力。能够轻松测量高荧光样品，获取拉曼光谱；

• 高灵敏度，500 ms即可实现常规化学品的拉曼光谱。最低可以检测0.3%的分析纯酒精；

• 可配置线扫式探头。可以采集4.5 mm*1 mm的线扫光斑，降低样品照射功率密度；

• 可配置外触发手柄。方便工业现场数据采集；

• 支持手机和电脑双平台。方便户外现场直接测量；

• 超低功耗，无须额外电源供电。通过USB手机可以直接实现光谱采集分析；

• 强大的软件分析功能。支持常规的HQI，峰位检索，深度学习神经网络等算法；

• 可以适配显微镜组成显微共聚焦拉曼。