基于光子晶體的表面增強(qiáng)拉曼基底的制備與應(yīng)用.pdf

1、表面增強(qiáng)拉曼散射(Surface-enhanced Raman Scattering，SERS)由于具有高靈敏、制樣簡便、操作靈活、不受樣品形貌限制、無創(chuàng)等諸多優(yōu)點(diǎn)而受到關(guān)注，并廣泛應(yīng)用于生化檢驗(yàn)、成像、食品與環(huán)境安全、刑偵、考古等諸多領(lǐng)域。由于表面增強(qiáng)拉曼基底的制備是其中至為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，因此制備SERS基底成為該領(lǐng)域的一個(gè)研究重點(diǎn)。光子晶體由于其光子局域特性以及周期性的微納結(jié)構(gòu)成為SERS基底制備不容忽視的一種材料。在本論文中，我們以

2、一系列光子晶體材料為研究對象，制備基于不同光子晶體材料的表面增強(qiáng)拉曼基底并研究了其SERS性能。我們從實(shí)驗(yàn)及模擬兩方面深入探究了其增強(qiáng)特性，并將這些基底用于生物分子檢測分析中，闡明了光子晶體在表面增強(qiáng)拉曼基底所起到的作用。本論文主要工作如下:
　　(1)以三類蝴蝶蝶翅為模板，提出兩種制備基于蝶翅SERS基底的方法。一種是碳化法，將蝶翅熒光背景去除掉。對天然蝶翅形貌做了詳細(xì)觀察，對碳化前后形貌也做了探究，證實(shí)了碳化法處理的蝶翅SER

3、S基底的可行性。其次，提出一種對蝶翅破壞較小，以蝶翅主要物質(zhì)甲殼素/殼聚糖為還原劑，原位還原氯金酸制備出納米金-蝶翅有機(jī)質(zhì)復(fù)合物。形貌及成分表征發(fā)現(xiàn)，蝶翅的微納結(jié)構(gòu)未被破壞，并且還原出的金納米粒子與蝶翅有機(jī)質(zhì)中的氨基發(fā)生螯合，金納米粒子最終形成蝶翅有機(jī)質(zhì)的輪廓。結(jié)果表明基于Morpho menelaus蝶翅的SERS基底在四種蝶翅中具有最好的性能。
　　(2)提出一種用等離激元納米粒子染反蛋白石結(jié)構(gòu)聚丙烯酰胺水凝膠微球的方法，制備

4、出三種SERS基底，并優(yōu)化條件用于無標(biāo)記檢測及多元蛋白分析中。對等離激元納米粒子染三維反蛋白石結(jié)構(gòu)水凝微球進(jìn)行了設(shè)計(jì)、制備以及表征。在銀染時(shí)間、光子晶體微球反射峰以及激發(fā)波長方面進(jìn)行了選擇與優(yōu)化，得到了最佳的近場電場強(qiáng)度，并從能帶結(jié)構(gòu)、近場電場模擬對其進(jìn)行了解釋。發(fā)現(xiàn)以532 nm激光作為激發(fā)光源，并綜合拉曼信號強(qiáng)度、RSD和SNR，反射峰在650 nn光子晶體水凝膠微球可以得到最佳的檢測結(jié)果。水凝膠光子晶體對其中銀納米粒子的LSPR效

5、應(yīng)增強(qiáng)了約一個(gè)數(shù)量級。
　　(3)提出一種低廉快速制備等離激元金銀微球方法。以光子晶體微球?yàn)槟０?，通過控制光子晶體微球表面金種子的存在與否，而得到閉孔與開孔的反蛋白石結(jié)構(gòu)金銀微球。這兩種微球都可以對入射電場形成局域化增強(qiáng)，可以用作SERS的檢測基底。在理論模擬以及實(shí)驗(yàn)兩方面對比了開孔與閉孔反蛋白石結(jié)構(gòu)金微球的特性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)理論上開孔微球具有比閉孔微球最高16倍的拉曼強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)開孔微球的SERS強(qiáng)度是閉孔微球的4倍左右。我們進(jìn)一