表面增強拉曼光譜學(xué)理論研究及其在免疫檢測中的應(yīng)用.pdf

1、表面增強拉曼現(xiàn)象（SERS）自1974年被Fleischmann等首次報道以來，相關(guān)的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究一直是一個研究熱點。SERS是吸附于銀、金、銅粗糙表面的分子產(chǎn)生的特殊物理化學(xué)效應(yīng)，多數(shù)分子SERS譜和普通拉曼譜差別較大，因此SERS光譜可用于研究分子-界面相互作用。SERS結(jié)合金納米標(biāo)記方法用于免疫檢測的研究于1989年由Rohr等首次報道，近年來已成為一個應(yīng)用熱點。本論文系統(tǒng)地開展了SERS與DFT。結(jié)合的理論基礎(chǔ)研究和SER

2、S免疫標(biāo)記應(yīng)用的初步探索研究。
　　 利用量子化學(xué)計算通過模擬分子和金屬原子或表面的相互作用，研究拉曼光譜的增強機(jī)理、分子的吸附取向、協(xié)助光譜歸屬等已成為近年來的研究熱點。本論文討論的亞甲基藍(lán)（MB）是一種具有極好SERS效應(yīng)的分子，常用作表征納米材料的SERS效果的探針分子。我們在檢測MB在銀膠體中的SERS譜時發(fā)現(xiàn)：在高低不同的濃度下，MB的SERS譜差別較大。進(jìn)一步的實驗發(fā)現(xiàn)MB不同吸附時間的SERS譜表現(xiàn)出明顯的連續(xù)變化

3、。本項研究獲得了不同濃度下MB溶液在銀溶膠中的表面增強拉曼散射光譜。根據(jù)表面增強拉曼的選擇定則，可以判斷：較高濃度下，MB分子主要是以較為“直立”的方式吸附于納米粒子表面，這增強了來自C-S-C對稱伸縮振動的448 cm-1峰和包含C-H面內(nèi)彎曲振動的1029cm-1峰，而與C-H面外彎曲振動有關(guān)的657、688、801、1003 cm-1等處峰強沒有增強，因此峰強較弱；較低濃度下，MB分子主要是以較為“傾斜”或“平躺”的方式化學(xué)吸附于

4、納米粒子表面，這減弱了譜峰448 cm-1和1029 cm-1，增強C-H面外彎曲振動，使657、688、801、1003cm-1等處峰強增加。應(yīng)用密度泛函方法（DFT）在B3LYP/6-31+G*和LANL2DZ基組水平上對亞甲基藍(lán)陽離子（MB+）及MB+與Ag原子形成的不同構(gòu)型體系進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和頻率計算。實驗與理論計算結(jié)果表明，MB+有可能通過N-Ag、S-Ag與Ag原子形成兩種較強的吸附構(gòu)型。電荷布居分析表明，與S原子相比，芳香環(huán)

5、上的N原子更易與銀原子發(fā)生相互作用。
　　 由于水分子的拉曼截面很小，拉曼光譜適合于水環(huán)境的檢測。同時，SERS具有極高的檢測靈敏度，特殊條件下甚至可以達(dá)到單分子和單納米粒子的檢測，使得SERS廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)領(lǐng)域。在生物技術(shù)領(lǐng)域，SERS結(jié)合金納米標(biāo)記方法用于免疫檢測是一個研究熱點。該方法將具有強拉曼信號的標(biāo)記分子和抗原/抗體蛋白分子吸附于納米金表面，通過拉曼譜儀檢測標(biāo)記分子的SERS信號，以達(dá)到示蹤抗原/抗體的目的。相比其

6、他免疫檢測方法，SERS標(biāo)記免疫檢測具有高靈敏度、高光譜選擇性，特別適合分子識別、藥物篩選、生物靶向等生物醫(yī)藥領(lǐng)域。但是，SERS免疫檢測尚未形成比較穩(wěn)定可靠的檢測流程，在可靠性方面還未達(dá)到實際應(yīng)用的要求。本論文第二部分開展了優(yōu)化SERS標(biāo)記免疫技術(shù)步驟和流程的初步探索，嘗試了SERS金膠免疫標(biāo)記三層組裝和單組分SERS免疫檢測。在完成了信號分子和抗體蛋白的金膠標(biāo)記、玻片修飾處理、免疫組裝等步驟后，實現(xiàn)了三層的SERS標(biāo)記免疫檢測。這些