AuFON-Au@AgNPs復(fù)合SERS基底的可控制備及其生化傳感研究.pdf

1、近年來(lái)，重大傳染疾病、環(huán)境污染、食品藥品安全等問(wèn)題日漸凸顯，嚴(yán)重威脅人類(lèi)的生命安全和身體健康，造成了極大的社會(huì)恐慌和難以估算的經(jīng)濟(jì)損失。及時(shí)有效的生化檢測(cè)，可以為后續(xù)處理提供可靠的支撐，挽救人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，維持社會(huì)穩(wěn)定，減少人員和經(jīng)濟(jì)的損失。此外，在軍事領(lǐng)域也對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)生化檢測(cè)技術(shù)具有強(qiáng)烈需求，如生化反恐，戰(zhàn)場(chǎng)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)，大型密閉裝備的病原微生物檢測(cè)等?，F(xiàn)有生化現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)存在檢測(cè)靈敏度低、檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、設(shè)備體積大等缺點(diǎn)。

2、　　表面增強(qiáng)拉曼散射（Surface-enhanced Raman scattering，SERS）技術(shù)是一種新興的光譜檢測(cè)技術(shù)，能夠表征物質(zhì)的本征譜，檢測(cè)靈敏度高，適用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)生化檢測(cè)。目前，制約SERS技術(shù)廣泛應(yīng)用的瓶頸是高性能SERS基底的可控制備。本文提出將金屬納米結(jié)構(gòu)陣列與金屬納米顆粒溶膠相復(fù)合，制備得到AuFON-Au@AgNPs復(fù)合SERS基底，重點(diǎn)解決復(fù)合SERS基底的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電磁學(xué)仿真、結(jié)構(gòu)加工、性能表征、結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3、及生化傳感應(yīng)用等關(guān)鍵問(wèn)題。論文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1、建立了復(fù)合SERS基底的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，基于時(shí)域有限差分算法分析了SERS基底的電磁場(chǎng)增強(qiáng)特性，探索了復(fù)合SERS基底的性能增強(qiáng)機(jī)理。
　　針對(duì)生化傳感對(duì)高性能SERS基底的需求以及現(xiàn)有SERS基底的優(yōu)缺點(diǎn)，提出將AuFON結(jié)構(gòu)與Au@AgNPs溶膠相結(jié)合，制備AuFON-Au@AgNPs復(fù)合SERS基底，設(shè)計(jì)了復(fù)合SERS基底的結(jié)構(gòu)；利用時(shí)域有限差分算法，分析了Au

4、FON結(jié)構(gòu)、Au@AgNPs溶膠和復(fù)合SERS基底的電磁場(chǎng)增強(qiáng)特性，研究了結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)對(duì)SERS基底電磁場(chǎng)增強(qiáng)特性的影響。研究表明，在A(yíng)u@AgNPs溶膠與AuFON結(jié)構(gòu)接觸位置產(chǎn)生了新的SERS熱點(diǎn)，提高了SERS熱點(diǎn)的密度，并且由于電磁場(chǎng)的耦合提高了SERS熱點(diǎn)的強(qiáng)度。
　　2、建立了復(fù)合SERS基底的可控制備工藝方法，分別利用納米球光刻技術(shù)制備了AuFON結(jié)構(gòu)，利用化學(xué)合成的方法制備Au@AgNPs溶膠，并利用多聚物完成了兩

5、者的共價(jià)鍵結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合SERS基底的可控制備。
　　根據(jù)復(fù)合SERS基底的設(shè)計(jì)思路，研究了納米球光刻技術(shù)和金屬溶膠合成工藝，引進(jìn)了限域自組裝，旋轉(zhuǎn)蒸鍍、芯片化基底裁剪等制備工藝，討論了AuFON結(jié)構(gòu)和Au@AgNPs溶膠的形貌控制方法，分析了Au@AgNPs溶膠的消光光譜特性，討論了復(fù)合SERS基底的結(jié)合方案，表征了復(fù)合SERS基底的材質(zhì)、形貌和消光光譜特性，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合SERS基底的可控制備，提高了復(fù)合SERS基底的加工精度，

6、簡(jiǎn)化了復(fù)合SERS基底的加工工藝流程。
　　3、建立了復(fù)合SERS基底的SERS性能測(cè)試方法，優(yōu)化了復(fù)合SERS基底的結(jié)構(gòu)參數(shù)，表征了復(fù)合SERS基底的SERS性能。
　　針對(duì)復(fù)合SERS基底在生化檢測(cè)中參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題，以羅丹明6G和對(duì)氨基苯硫酚為拉曼標(biāo)記分子進(jìn)行了SERS光譜測(cè)試，分別對(duì)AuFON結(jié)構(gòu)和Au@AgNPs溶膠的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)選刻蝕2min的AuFON結(jié)構(gòu)和粒徑為50nm的Au@AgNPs溶膠結(jié)合成為復(fù)合

7、SERS基底。研究了復(fù)合SERS基底的靈敏度，計(jì)算了復(fù)合SERS基底的增強(qiáng)因子（約為2.25×107）。復(fù)合SERS基底的增強(qiáng)因子分別是AuFON結(jié)構(gòu)和Au@AgNPs溶膠增強(qiáng)因子的100倍和50倍。此外，還對(duì)復(fù)合SERS基底的均一性、可重復(fù)性和穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。
　　4、建立了基于復(fù)合SERS基底的生化檢測(cè)方案，分別利用SERS技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)食品安全相關(guān)的化學(xué)小分子及病原微生物的檢測(cè)，驗(yàn)證了復(fù)合SERS基底在生化傳感中應(yīng)用的實(shí)用性

8、。
　　部分化學(xué)分子和病原微生物具有本征的SERS光譜，基于復(fù)合SERS基底實(shí)現(xiàn)了對(duì)生物和化學(xué)待檢測(cè)物的高靈敏度、特異性檢測(cè)。建立了化學(xué)小分子在基底上的吸附模型，以百草枯、福美雙和三聚氰胺為例，驗(yàn)證了復(fù)合SERS基底在食品安全快速檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用的實(shí)用性，檢測(cè)靈敏度分別達(dá)到10nM，50nM和10nM，并且SERS信號(hào)強(qiáng)度與樣品濃度之間具有良好的線(xiàn)性關(guān)系。以大腸桿菌和枯草桿菌為例，驗(yàn)證了復(fù)合SERS基底在病原微生物快速檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用能