原文出自 Materials 期刊

Wang, J.; Niu, K.; Hou, J.; Zhuang, Z.; Zhu, J.; Jing, X.; Wang, N.; Xia, B.; Lei, L. Advanced Integration of Glutathione-Functionalized Optical Fiber SPR Sensor for Ultra-Sensitive Detection of Lead Ions. Materials 2024, 17, 98.https://doi.org/10.3390/ma17010098

环境污染问题日益凸显，对铅离子的检测变得至关重要。铅污染不仅影响水资源质量，还对人类健康构成威胁。因此，开发一种高灵敏度、低检测限、操作简便的铅离子检测技术具有重要的实际应用价值。武汉理工大学王宁教授及其团队在 Materials 期刊发表的文章 (Advanced Integration of Glutathione-Functionalized Optical Fiber SPR Sensor for Ultra-Sensitive Detection of Lead Ions)，介绍了一种基于光纤表面等离子体共振 (Surface Plasmon Resonance, SPR) 技术的创新铅离子检测方法。该方法利用谷胱甘肽 (glutathione, GSH) 功能化的金属纳米颗粒，提高了检测灵敏度和选择性，为铅离子的快速、准确检测开辟了新的技术途径。

研究过程与结果

该团队将两段多模光纤 (Multimode Fiber, MMF) 与一段约1.5 cm的单模光纤 (Single-Mode Fiber, SMF) 融合，形成同轴光纤，作为光纤铅离子传感器的基本结构。为了在光纤表面形成均匀和连续的涂层，并为Pb²⁺提供更多的吸附位点，作者使用磁控溅射镀膜技术在光纤传感区域依次涂覆了铬和金膜，随后采用自组装技术，在光纤传感表面涂覆了金纳米颗粒 (AuNPs) 和GSH (图1)。

图1. 光纤Pb²⁺传感器的制备工艺。

本研究团队开发的传感器结构和检测Pb²⁺的实验装置如图2所示。该传感器能在宽的浓度范围 (1-1×10⁸ pM) 内准确检测铅离子，具有2.32×10¹¹ nm/M的高灵敏度和0.43 pM的低检测限，且Pb²⁺浓度的对数与相应波长之间具有良好的线性相关性 (图3a、b)；对四种Pb²⁺浓度进行90 min持续检测，最终波长与初始波长的最大偏差仅为0.09 nm、0.09 nm、0.07 nm、0.03 nm，均在可接受的误差范围内，表明了该传感器具有出色的稳定性 (图3c)；此外，该传感器还表现出了良好的重复性和特异性 (图3d、e)。

图2. (a) Pb²⁺检测系统；(b) 传感器的传感部分结构示意图；(c) 传感器工作原理。

图3. 传感器的性能测试。

研究总结

本研究成功开发的光纤SPR传感器为铅离子的高灵敏度检测提供了新的技术手段。该技术不仅对环境监测领域具有重要意义，还为食品安全、生物医学等领域的重金属检测提供了新的解决方案。未来，该传感器的进一步优化和应用，将有助于提高公众健康保护和环境质量管理的效率。

Materials 期刊介绍

主编：Maryam Tabrizian, McGill University, Canada

主要关注材料科学与工程研究相关各个领域的最新研究成果，包括但不限于高分子、纳米材料、能源材料、复合材料、碳材料、多孔材料、生物材料、建筑材料、陶瓷、金属等，以及材料物理化学、催化、腐蚀、光电应用、结构分析和表征、建模等。

2022 Impact Factor：3.4 

2022 CiteScore：5.2  

Time to First Decision：13.9 Days  

Time to Publication：38 Days