近期，中国科学院合肥物质院固体所纳米材料与器件技术研究部在有机膦神经毒剂的超灵敏、便携式表面增强拉曼光谱（SERS）检测研究方面取得新进展，提出了一种基于P–C键定向分子识别的检测新策略，实现了沙林毒剂在气液两相中的快速精准识别和超痕量检测。相关研究成果以“Rational design of an oxime-functionalized probe for ultrasensitive and portable SERS detection of organophosphorus nerve agents”为题发表在国际期刊《Chemical Engineering Journal》（Chem. Eng. J. 547 (2026) 181320）上。

有机膦（OP）神经毒剂（以沙林为代表）具有极高的毒性，微量暴露即可引发呼吸抑制甚至死亡。在机场、大型集会、边境口岸等公共场所，实现对痕量OP毒剂的实时监测、超灵敏检测和明确识别，对公共安全防护至关重要。然而，沙林等毒剂与等离子基体的相互作用弱，且缺乏可靠的捕获探针，使得其快速精准检测面临挑战。传统色谱-质谱、离子迁移谱等技术虽具备分析能力，但仪器体积大、分析周期长、灵敏度不足，难以满足现场快速筛查的需求。

针对上述难题，科研人员从分子工程与SERS传感相结合的角度出发，提出了一种材料驱动的检测策略，基于OP毒剂分子中P–C键的遗传特性，建立了P–C键定向分子识别机制；将肟基（C=NOH）作为核心功能单元，设计并合成了一种多功能肟基类探针分子（PAOM）。该分子集成了肟基、胺基、吡啶环和巯基四个协同功能基团：肟基与胺基构成偕胺肟单元，对OP毒剂具有强亲核识别和特异性捕获能力；吡啶环有效提升探针的拉曼散射截面；巯基则通过Au–S键将探针牢固锚定在金基等离子SERS芯片表面。

研究人员进一步通过密度泛函理论（DFT）计算，对对位（p-PAOM）、邻位（m-PAOM）和间位（o-PAOM）三种位置异构体进行了系统筛选，证实对位异构体p-PAOM具有最低的反应能垒（0.70 eV）和最强的OP结合能力。基于便携式拉曼光谱装置，毒剂分子在液相环境中响应时间小于20秒，检出限低至10 ppb，且可有效排除常见干扰物的影响，展现出优异的选择性。在环境稳定性方面，传感器表现出前所未有的优异性能，耐受温度高达100℃、pH适用范围3-12，确保检测芯片在复杂苛刻环境条件下具有长期的稳定性。

围绕该痕量侦检技术，研究团队已构建了从核心材料到系统应用的完整知识产权体系，授权多项国家发明专利、实用新型专利和软件著作权，起草实施了系列技术标准，技术成果已成功应用于多项重大活动安保，为后续成果转化与产业化推广奠定了基础。

上述研究工作得到国家自然科学基金、安徽省自然科学基金和中国科学院合肥物质院院长基金等项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.181320

图1. 基于 P–C键拉曼特征振动峰，实现有机膦神经毒剂分子的快速精准识别和超痕量检测。

图2.  基于有机膦毒剂分子P–C键遗传特性，建立目标分子的定向精准识别新机制。

图3. 通过DFT计算和增色效应，对三种异构体分子进行优选，获得具有最低反应能垒和最强的OP键合能力的探针分子。