研究背景

尼古丁（1-甲基-2-（3-吡啶基）吡咯烷）是一种存在于烟草和其他茄科植物中的生物碱，通过吸烟摄入尼古丁会刺激神经递质的释放来产生愉悦和调节情绪。过量摄入尼古丁会导致各种疾病的产生，例如肺损伤、头痛和认知能力下降等。尼古丁在生物体液中的测定对于与吸烟作用相关的许多疾病非常重要，因此，实现对尼古丁测定在医学上具有重要意义。为了监测二手烟暴露的尼古丁水平，检测方法需要能够以相对简单的方式检测气态尼古丁。因此实现水相和气相尼古丁的痕量检测对于健康监测和环境分析具有重要意义。

成果简介

为实现多相介质中尼古丁的痕量检测，本工作基于其结构特点设计了一种基于COF的新型复合材料富集尼古丁分子并利用SERS技术实现对多相介质中尼古丁的检测。带负电荷的TpPa-SO₃H对尼古丁展现出优异的富集能力，其吸附容量为148.0 mg·g⁻¹。研究发现，COF与尼古丁分子之间存在π-π堆积和酸碱作用等化学相互作用。此外，通过能级分析证实，TpPa-SO₃H 与尼古丁之间的电子转移可产生化学增强效应。借助核壳结构金（Au）与银（Ag）的双金属协同作用实现电磁增强后，TpPa-SO₃H-Au@Ag复合材料对水溶液中尼古丁的检测限达到6.0×10⁻¹⁰ mol·L⁻¹。通过对电子烟油和剑桥滤片的尼古丁检测，验证了该材料对不同实际样品的应用能力。经壳聚糖交联后，合成的气凝胶成功用于香烟烟雾中气态尼古丁的现场检测。

Fig. 1 (a) The SERS spectra of different concentrations of nicotine using TpPa-SO₃H-Au@Ag composite as substrate. (b) Radiometric peak intensities of I₁₀₇₅/I₁₃₈₀ versus the logarithmic concentration of nicotine. (c) SERS spectra for the detection of nicotine in tobacco oil. (d) SERS spectra of Cambridge filter extracts.

Fig. 2 (a) Illustration of TpPa-SO₃H-Au@Ag/CS aerogel synthesis process. (b) Illustration of the detection process of gaseous nicotine in cigarettes. (c) SERS spectra of TpPa-SO₃H-Au@Ag/CS aerogel after adsorption of the smoke from different numbers of cigarettes. (d) Radiometric peak intensities of I₁₀₇₅/I₁₃₈₀ versus the logarithmic contents of nicotine. 

工作亮点

TpPa-SO₃H可通过π-π相互作用及酸碱相互作用吸附尼古丁，吸附量达148 mg/g；

等离子COF材料可通过SERS技术检测尼古丁，其检测低至6.0×10⁻¹⁰ mol/L；

COF负载的Au@Ag核壳结构可显著促进SERS的电磁增强（EM）与化学增强（CM）。

COF与壳聚糖交联的气凝胶材料可实现现场气态尼古丁检测。

文章信息

Plasmonic COF aerogel for SERS detection of aqueous and gaseous nicotine: The utilization of both electromagnetic enhancement and chemical enhancement

Xiaoya Yuan, Mantang Chen, Yuhan Guo, Xiaoyu Wang, Junwei Guo, Fuwei Xie, Cong Nie*, Qin Shuai, Lei Ouyang*

https://doi.org/10.1016/j.snb.2025.138369

致谢

感谢国家烟草专卖局创新平台科研计划（312021AW0420）、湖北省自然科学基金（2025AFA048）、湖北省资源与生态环境地质重点实验室（HBREGKFJJ-202408）的资助。