聚合物-納米銀復(fù)合微球的制備、SERS性能及其應(yīng)用研究.pdf

1、表面增強(qiáng)拉曼散射光譜(SERS)是一種具有指紋性質(zhì)和超高檢測靈敏度的振動光譜，其在分析領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。特別是SERS信號具有高穩(wěn)定性、高光譜分辨率等特點使得SERS光譜在生物分析領(lǐng)域受到了極大的關(guān)注。基于SERS標(biāo)簽檢測生物分子的方法，具有極高的檢測靈敏度和優(yōu)良的多元檢測能力，因而在基因治療、食品安全監(jiān)測、醫(yī)學(xué)診斷、法醫(yī)分析、文物鑒定等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。SERS光譜的靈敏度和信號重現(xiàn)性主要決定于SERS基底材料的形貌和尺寸

2、等微觀結(jié)構(gòu)。
　　 因此本論文研究工作主要圍繞著高活性SERS基底材料的制備與其在生物分析領(lǐng)域的應(yīng)用展開，主要取得了以下幾方面的研究結(jié)果：(1)開發(fā)了一種簡單、高效、環(huán)境友好的制備PSA/Ag-NPs復(fù)合微球的方法。首先通過無皂乳液聚合法，使用丙烯酸(AA)和苯乙烯(St)為單體制備了表面富含羧基的聚(苯乙烯-co-丙烯酸)(PSA)微球。然后以PSA微球為模板，硝酸銀水溶液為銀源，PVP為還原劑和穩(wěn)定劑，原位還原制備了PSA/

3、Ag-NPs復(fù)合微球?？疾炝宋⑶虮砻骠然亢头磻?yīng)溫度對微球表面銀納米粒子覆蓋度的影響。另外，TEM、XRD、TGA、UV-vis表征結(jié)果表明，銀納米粒子的覆蓋度隨PSA微球共聚單體中AA用量的增加而增大，即微球表面銀納米粒子的覆蓋度隨著PSA微球表面羧基含量增加逐漸增多；高溫反應(yīng)有助于增加微球表面銀納米粒子的覆蓋度，但是過高的反應(yīng)溫度會導(dǎo)致在微球表面形成銀納米粒子聚集體，并在反應(yīng)溶液中生成大量自由銀納米粒子。
　　 (2)使用

4、PSA/Ag-NPs復(fù)合微球作為SERS基底檢測三聚氰胺。首先以4-ABT為模型分子，考察了微球表面銀納米粒子覆蓋度對PSA/Ag-NPs復(fù)合微球SERS活性的影響，得到PSA/Ag-NPs復(fù)合微球的SERS活性隨著表面銀納米粒子覆蓋度的增加而逐漸增大。表面完全被銀納米粒子覆蓋的PSA/Ag-NPs復(fù)合微球的SERS活性最高，對4-ABT的檢測限為10-9 M。利用PSA/Ag-NPs復(fù)合微球作為SERS基底檢測三聚氰胺，得到檢測限為1

5、0-3 M而且譜圖中有許多PVP和雜質(zhì)的信號，信噪比很低。使用四氫呋喃(THF)將PSA/Ag-NPs復(fù)合微球表面吸附的PVP和雜質(zhì)溶解除去后，大大提高了信噪比和檢測靈敏度，得到檢測限為10-7M。
　　 (3)SERS-tags的制備和表征。以PSA/Ag-NPs為SERS基底，高Raman活性的芳香類化合物作為Raman條碼分子，再通過改進(jìn)的Stober方法包覆SiO2制備了核殼結(jié)構(gòu)的SERS標(biāo)簽(SERS-tags)即PS

6、A/Ag-NPs-Raman repoter/SiO2。通過一系列的實驗考察了SERS-tags的性能，發(fā)現(xiàn)：(a)SERS-tags能夠抵抗強(qiáng)酸的侵蝕，具有高的化學(xué)穩(wěn)定性；(b)SERS信號強(qiáng)度與SERS-tags粒子濃度成線性關(guān)系，擬合直線的確定系數(shù)(R2)為0.989，因此SERS-tags具有優(yōu)異的定量檢測能力；(c)在二元、三元、四元混合標(biāo)簽的SERS光譜中，能清晰的分辨出各個SERS-tags的特征Raman峰，因此SERS

7、-tags具有優(yōu)良的多元檢測能力。采用芯片式“三明治”夾心方法初步進(jìn)行了DNA檢測，應(yīng)用三種不同的SERS-tags在三種目標(biāo)DNA混合溶液中成功的檢測到了特異的目標(biāo)DNA序列。因此該檢測方法可以用于復(fù)雜的生物體系中生物分子的選擇性和特異性檢測分析。(4)SERS-tags在DNA檢測中的應(yīng)用。首先采用溶劑熱法制備了具有高磁飽和強(qiáng)度的四氧化三鐵納米晶簇(MCNCs)，再通過蒸餾沉淀的方法在MCNCs外包覆生物相容性的聚丙烯酸(PAA)殼

8、層，得到了表面富含羧基、具有良好的磁響應(yīng)性和生物相容性的MCNCs/PAA核殼結(jié)構(gòu)磁性復(fù)合納米粒子。然后以磁性復(fù)合納米粒子為懸浮捕獲材料和分離手段，結(jié)合制備的SERS-tags構(gòu)建了一類靈敏的“三明治”SERS液相芯片。應(yīng)用SERS液相芯片技術(shù)檢測目標(biāo)DNA，得到檢測限為10-11 M。最后將磁性復(fù)合納米粒子表面固定三種捕獲DNA后構(gòu)建了多元檢測SERS液相芯片，應(yīng)用該液相芯片在目標(biāo)DNA混合溶液中同時成功檢測到了多個目標(biāo)DNA。因此該