2019年CAIA獎一等獎獲獎項目成果簡介：拉曼光譜增強特性和分析應用研究
完成單位： 中國檢驗檢疫科學研究院、華中農業大學、吉林大學、哈爾濱工業大學（威海）
完成人：鄒明強、韓鶴友、趙冰、齊小花、王英英、李文濤、楊立濱、呂志成、張勛、唐夢奇
成果簡介：
針對快檢技術準確性差、定量難和標準缺失的瓶頸性難題，從拉曼光譜理論、快檢儀和技術方法全鏈條突破，使拉曼檢測向“快、準、靈、標”理想境界跨躍：
（1）提出半導體表面增強拉曼光譜學新理論，發掘二維多層膜系統光場均勻分布機制，突破了SERS僅限于貴金屬傳統學說制約；攻克了仿壁虎腳、知了翅膀、花椰菜等天然仿生和均相納米增強基底的核心技術，實現納米可控組裝批量化均一制備，解決了“SERS熱點”隨機分布測量波動性痛點，可對列管27種芬太尼類物質全覆蓋一步法定量檢測，檢測限0.1-25ppb。
（2）發明了自定位穩定光機結構和異頻雙波光譜濾光降噪技術，攻克了拉曼快檢儀光程短、背景干擾等核心難點，開發了可靠性好、信噪比高的拉曼快檢儀；開發云網端架構拉曼智能分析系統，實現了新型毒品、易制毒化學品、麻醉品、危化品、爆炸物等云端智能甄別和基于可疑人員篩查、比例趨勢統計等大數據分析模型集中管控功能。
（3）創建了特征分子指紋內標歸一化定量分析模型，提出支持向量機(SVM)和主成分分析(PCA)拉曼指紋鑒別策略，全面用于橄欖油摻雜和珠寶玉石精準識別和復雜基質微痕量毒品、非法添加物、農獸殘、毒素、病毒及轉基因等高靈敏定量檢測，與實驗室標準方法符合率100%，單樣測試時間1分鐘；從儀器、增強基底及方法全方位創建完善的“快、準、靈、標”拉曼快檢標準化體系，實現了快檢標準從無到有、從單一環節到全鏈條、從定性到定量的突破。
授權發明專利13項（授權6項）、軟件著作權11項；標準/規范7項（含國際標準1項）；發表SCI論文116篇，引用3995次，1篇被國際頂級期刊《Angew. Chem. Int. Edit.》選為VIP文章，3篇被選為《Nanoscale》和《ACS Appl. Mater. Inter.》封面文章。經鑒定認為“解決了芬太尼類物質現場快速篩查重大技術難題，提升了我國拉曼光譜分析水平，達到國際領先水平”。為海關打私、公安緝毒、食品及貴重消費品等民生重大事件應急執法做出重要貢獻。
創新點及科學價值：
本項目針對拉曼分析機制、表面修飾和組裝、生物納米器件制備、儀器關鍵參數等開展持續性研究攻關，解決了表面增強拉曼光譜（SERS）存在的復雜基質干擾、待測物分布不均勻、激光聚焦點隨機性差異等應用難題，提升了SERS分析可靠性、靈敏度和準確性，從儀器、SERS基底及應用等維度構建了拉曼分析質量控制規范和標準化體系，促進了拉曼快檢技術及其產業化發展。
社會經濟效益：
本項目基于拉曼現場快檢技術及標準創新，多領域、全鏈條、系統化為政府技術執法、民生保障和重點產業振興，創建了可有效用于公共安全重點領域應急管理的現場、實時快檢技術和標準體系，成本低、綠色無污染，為芬太尼類物質、洋垃圾等海關打私，公安刑偵緝毒，食品及貴重民生消費品應急執法和監督做出重要貢獻，具有顯著的社會效益和生態效益。
項目成果助力我國外交外貿大局，為使中美貿易摩擦朝有利世界經濟方向發展提供技術支撐。作為全球最大經濟體，中美兩國經濟具有極強的互補性，中美合則兩利、斗則俱傷，合作是唯一正確的選擇。尤其在世界經濟下行的當今，中美貿易摩擦直接影響世界經濟走向。芬太尼類物質管控問題系中美貿易摩擦談判中敏感事項。2018年12月1日中美兩國元首就中美貿易摩擦會晤時我方鄭重承諾對芬太尼類物質進行整類列管，并于2019年于5月1日起實施。然而，缺乏有效現場快檢技術，制約了全國口岸芬太尼類物質有效管控。項目成果提供了一次性全覆蓋27種芬太尼的拉曼快檢技術與裝備，靈敏度高，全程分析不超過10分鐘，解決了芬太尼現場快速篩查重大技術問題，在長春海關、天津海關、防城港海關等進行實地應用示范和應急演練，用科技力量力挺我國國家外交外貿，助力中美貿易摩擦向有利于全球經濟向好方向發展。
項目成果為我國政府行政執法提供重要技術支撐。項目成果用于食品農產品中微痕量違禁添加物、生物毒素、轉基因等快速篩查，實現從源頭到流通到餐桌全過程進行食品農產品安全監測控制和追溯，為保障“菜籃子”、“果盤子”安全提供強有力支撐；基于創建禁毒智能物聯網大數據平臺，實現吸毒人員服務管理便捷化和智能化禁毒監管，并通過全國食品安全監管年會、國際污水監測大會現場演等方式進行宣貫和推廣，為支持我國行政執法做出重要貢獻。
項目產生了顯著經濟效益。合作單位采用項目成果提升其拉曼快檢技術先進性和競爭力，產品暢銷近20多省市或地區，出口至美、日、澳、英、韓等國或地區;用于食品農產品微痕量污染物、毒素、農獸殘留、轉基因等快速分析h和珠寶玉石、固廢屬性鑒別，保障了約20萬批次、近2000 億元銷售規模“菜籃子”和“果盤子”安全；相關標準在珠寶行業應用，為幾百萬批次貨值達數十億元珠寶玉石檢驗和價值評估提供了科學依據和技術支撐。
應用前景：
解決了拉曼應用核心問題，推動了拉曼光譜分析技術進步和產業化發展。項目提出半導體納米組裝SERS增強新機制，突破了通常認為SERS基底僅限于貴金屬的學說，拓寬了SERS增強應用領域；開發了可靠性好、信噪比高的拉曼快檢儀和云網端架構拉曼智能分析系統，有效解決了復雜基質中微痕量組分拉曼定量化分析可靠性、重現性等方法學問題；建立了系列應用方法和標準體系，實現了食品安全快檢和貴重消費品保真鑒別，新型毒品、易制毒化學品、麻醉品、危化品、爆炸物等云端智能甄別，突破了長期困擾拉曼分析技術應用及產業化發展的瓶頸性制約，大力推動了拉曼光譜分析技術進步和應用發展，在食品農產品安全和反欺詐等市場監管、海關打私、公安緝毒、企業自檢自控等領域具有極其廣闊的應用前景。
