基于表面增強拉曼散射(SERS)技術(shù)的化學(xué)、生物傳感系統(tǒng)的設(shè)計、制備及應(yīng)用.pdf

1、表面增強拉曼散射(SERS)是一種有力的分析檢測技術(shù)。它是基于合適頻率的入射光照射具有納米級粗糙度的金屬表面時，引起金屬表面電磁場的顯著增強，當(dāng)待測物分子置于這個增強的電磁場中時，其拉曼信號得到增強。由于SERS光譜可以提供分子的振動指紋信息，所以SERS技術(shù)可以用來實現(xiàn)對于化學(xué)分子的檢測，例如毒氣、炸藥、毒品、環(huán)境污染物、違規(guī)食品添加劑等;此外由于SERS技術(shù)還不受樣品中水的干擾，且能實現(xiàn)無損檢測，所以SERS技術(shù)還常被用于生物分子的

2、檢測，例如蛋白質(zhì)、DNA、RNA、微生物以及癌細(xì)胞。然而，要使SERS技術(shù)成為一種強健的分析手段，制備高靈敏性、可靠、穩(wěn)定的SERS基底是首要條件。因此，本論文中，我們探索了多種SERS基底的制備方法，并將制得的基底用于化學(xué)檢測與生物識別。
　　1.采用一種綠色環(huán)保的氧化還原法，以葡萄糖分子為還原劑和表面活性劑，通過精確調(diào)節(jié)葡萄糖溶液的pH值，獲得了四種不同形貌的銀SERS基底，分別為緊密排列的單分散銀納米粒子、短的銀納米線、相互

3、纏繞的長銀納米線形成的自支持銀膜、伴隨有粗化銀納米線的銀納米粒子聚集體。接著，我們對形成原理進(jìn)行了解釋，并對四種基底的增強因子進(jìn)行了檢測。同時，我們還采用同樣的方法制得了相互纏繞的長金納米線形成的自支持金膜，并將其與著名的脫合金法形成的金膜進(jìn)行了SERS增強性能的比較。最后，我們運用具有最高增強因子的基底成功實現(xiàn)了對單酵母細(xì)胞的SERS檢測。
　　2.采用磁控濺射方法，通過精確調(diào)節(jié)濺射參數(shù)，一步法制得了布滿高密度10nm以下納米間

4、距的銀膜SERS基底。這些10nm以下的納米間距正是SERS增強的關(guān)鍵來源，被稱之為“熱點”，所以此種SERS活性基底具有高度的靈敏性。然后我們利用此種銀膜SERS活性基底成功實現(xiàn)了對四種微生物的檢測。接下來，同樣采用磁控濺射技術(shù)，但將壓力降低，制得了表面沒有納米間距的連續(xù)光滑銀膜，并對其進(jìn)行SERS效應(yīng)檢測。結(jié)果顯示，此種光滑銀膜幾乎沒有SERS增強能力，證明了10nm以下納米間距在SERS增強中的重要性。
　　3.采用一種多功

5、能的納米團簇構(gòu)建設(shè)備，其能對產(chǎn)生的納米粒子和納米團簇實現(xiàn)尺寸的選擇和過濾，使所需要尺寸的納米粒子或團簇通過。我們通過調(diào)節(jié)體系參數(shù)，在沒有使用表面活性劑的情況下，制得了三種典型形貌的金SERS基底，分別為金納米粒子，短的金納米線和金納米粒子的結(jié)合體，長的金納米線相互纏繞形成的自支持金膜。由于是物理法制備，所以基底表面非常干凈，可以實現(xiàn)可靠的SERS檢測。接下來，我們對三種基底的增強能力、長期穩(wěn)定性和均一性進(jìn)行的檢測。最后，運用具有最高增強

6、能力的SERS基底實現(xiàn)了對食品添加劑甜蜜素的SERS檢測。
　　4.采用模板輔助法制備周期性排列西蘭花狀的SERS基底。首先采用垂直沉積法制得了SiO2膠束晶體，然后以此晶體為模板在上面沉積金或銀納米粒子，通過調(diào)節(jié)沉積參數(shù)，得到了長程有序的西蘭花狀金、銀SERS陣列。此種SERS基底表面高度的粗糙性保證了充足的熱點，從而使基底具備高的靈敏性。同時，周期性的排列也保證了信號的重現(xiàn)性。時域有限差分法(FDTD)顯示了基底表面的熱點分布

7、。基底的增強因子、重現(xiàn)性和長期穩(wěn)定性同樣也得到了檢測。最后兩種SERS基底分別被用于兩種內(nèi)分泌干擾素的測定。
　　5.以具有天然精細(xì)結(jié)構(gòu)的硅藻土為生物模板，對其分離提純后表面實現(xiàn)氨基化修飾，然后通過靜電吸附作用，表面分別負(fù)載上高密度有序排列的兩種粒徑的金納米粒子。接下來將金納米粒子包覆的硅藻土這種粉末狀復(fù)合材料壓制成穩(wěn)健的便攜式紐扣狀片劑基底，進(jìn)行SERS檢測，對其SERS增強因子、長期穩(wěn)定性和重現(xiàn)性都給予了驗證。相比于直接承載在