SERS檢測(cè)中目標(biāo)物的吸附行為研究.pdf

1、表面增強(qiáng)拉曼光譜(Surface-Enhanced Raman Spectroscopy, SERS)是基于拉曼光譜選擇性識(shí)別生物及化學(xué)分子的光譜分析技術(shù)，可以提供物質(zhì)組成和分子結(jié)構(gòu)特征信息。相比熒光光譜，SERS光譜譜帶較窄，不易重疊，光漂白現(xiàn)象弱。此外，SERS檢測(cè)條件溫和，操作簡(jiǎn)單、無(wú)需樣品前處理、可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)原位快速檢測(cè)。因此，SERS技術(shù)因其能夠提供高靈敏的檢測(cè)以及分子指紋信號(hào)優(yōu)勢(shì)已經(jīng)發(fā)展成為一種強(qiáng)大的廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的分析檢

2、測(cè)手段。影響SERS檢測(cè)的因素主要包括:(1)產(chǎn)生電磁場(chǎng)增強(qiáng)的SERS活性基底，(2)待測(cè)物的本質(zhì)拉曼特征，(3)待測(cè)物和SERS基底表面的親和力以及，(4)待測(cè)物的檢測(cè)環(huán)境。理論上講，所有的分子都應(yīng)該是SERS活性的，但不是所有的分子都可以作為SERS標(biāo)簽。針對(duì)SERS活性較低以及難以吸附到基底表面的待測(cè)物，人們總是試圖通過(guò)各種化學(xué)修飾或物理捕獲機(jī)制，利用間接的SERS檢測(cè)手段實(shí)現(xiàn)各種分析物的靈敏性檢測(cè)。因此，本論文圍繞SERS檢測(cè)中

3、的影響因素，針對(duì)SERS活性與非活性待測(cè)物，以及它們與SERS活性基底的作用關(guān)系，設(shè)計(jì)研究體系，系統(tǒng)的開展影響SERS檢測(cè)結(jié)果的研究工作:
　　(1)動(dòng)態(tài)表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)(Dynamic Surface-Enhanced RamanSpectroscopy, D-SERS)是基于納米顆粒的狀態(tài)從濕態(tài)到干態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程實(shí)現(xiàn)連續(xù)采集光譜的方法。針對(duì)SERS活性物質(zhì)福美雙，我們利用動(dòng)態(tài)表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)原位實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)了福美雙在金顆粒表

4、面的吸附行為。在濕態(tài)檢測(cè)環(huán)境下，溶劑保護(hù)基底和分析物不受激光破壞，不僅減少了光漂白問(wèn)題也提高了檢測(cè)的穩(wěn)定性。其次，利用D-SERS技術(shù)可以采集時(shí)間分辨的SERS光譜，通過(guò)對(duì)連續(xù)光譜的分析，研究發(fā)現(xiàn)在金納米顆粒(Au NPs)的催化作用下，福美雙的S-S鍵發(fā)生斷裂。此外，利用D-SERS方法，觀察了不同濃度的福美雙分子在Au NPs表面的吸附行為差異。因此，利用時(shí)間分辨的SERS光譜方法對(duì)目標(biāo)物在金顆粒表面的吸附行為進(jìn)行連續(xù)跟蹤，能夠?yàn)楸?/p>

5、面科學(xué)以及納米科學(xué)的廣泛應(yīng)用提供借鑒和幫助。
　　(2)針對(duì)SERS活性較低的無(wú)機(jī)Hg(Ⅱ)，利用間接的SERS檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)了Hg(Ⅱ)的選擇性和靈敏性檢測(cè)。首先，根據(jù)Hg(Ⅱ)的電子結(jié)構(gòu)，以羅丹明分子作為基礎(chǔ)有機(jī)骨架設(shè)計(jì)合成了R-NH2有機(jī)物作為Hg(Ⅱ)的拉曼標(biāo)簽。由于羅丹明的五元環(huán)內(nèi)酯衍生物有同分異構(gòu)體，即在不同的pH條件下表現(xiàn)出不同的結(jié)構(gòu)。因此，利用紫外光譜、紅外光譜以及SERS光譜分析對(duì)比了R-NH2不同結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及

6、對(duì)Hg(Ⅱ)的檢測(cè)靈敏度，最終確定了Hg(Ⅱ)最佳的檢測(cè)條件。利用五元環(huán)內(nèi)酯酰胺的R-NH2分子作為Hg(Ⅱ)的拉曼標(biāo)簽，由于R-NH2能夠與Hg(Ⅱ)通過(guò)配位和π-π共軛形成更為穩(wěn)定的絡(luò)合物，實(shí)現(xiàn)了SERS間接檢測(cè)Hg(Ⅱ)的選擇性和靈敏性目標(biāo)。
　　(3)利用表面增強(qiáng)共振拉曼光譜(Surface-Enhanced resonance RamanSpectroscopy, SERRS)方法實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜體系中多巴胺(DA)的靈敏性和

7、選擇性檢測(cè)?？紤]到化學(xué)修飾能夠提高DA的選擇性以及靈敏性，同時(shí)考慮到復(fù)雜體系中快速實(shí)時(shí)檢測(cè)多巴胺的目標(biāo)，首先利用巰基硅烷將金納米顆粒(Au NPs)修飾在針灸針表面;其次利用殘留在Au NPs表面的檸檬酸根(CA)作為Fe(Ⅲ)的金屬絡(luò)合劑。由于多巴胺與Fe(Ⅲ)能夠形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，因此與CA絡(luò)合的Fe(Ⅲ)能夠進(jìn)一步與DA配位形成穩(wěn)定的在紫外可見區(qū)域有明顯吸收的絡(luò)合物。修飾在針灸針表面的Au NPs作為SERS基底增強(qiáng)信號(hào)，修飾在A

8、u NPs表面的CA-Fe(Ⅲ)可以作為SERRS傳感器實(shí)現(xiàn)DA的捕獲。利用表面修飾Au NPs-CA-Fe(Ⅲ)的針灸針作為SERS活性基底，通過(guò)SERRS檢測(cè)策略最終實(shí)現(xiàn)復(fù)雜體系血清及腦脊液中DA的快速選擇性和靈敏性檢測(cè)。
　　(4)利用自發(fā)的毛細(xì)作用力構(gòu)筑了由單顆粒(Au NPs)和單根納米線(Ag NW)組成的一維單熱點(diǎn)SERS活性基底，實(shí)現(xiàn)了雙組分待測(cè)物以及各種待測(cè)物的靈敏性檢測(cè)。我們選擇NW作為模板提供光學(xué)位置，利用N

9、P作為納米天線耦合光激發(fā)納米線的表面等離激元。自發(fā)的毛細(xì)作用力組裝Au NPs與Ag NW形成單熱點(diǎn)結(jié)構(gòu)，方法簡(jiǎn)單，且顆粒與納米線耦合區(qū)域能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈的耦合電磁場(chǎng)。其次，由于拉曼光學(xué)顯微鏡下可以觀察到單熱點(diǎn)結(jié)構(gòu)，因此能夠直接將激光聚焦于熱點(diǎn)位置，避免了SERS檢測(cè)中檢測(cè)不均一的問(wèn)題。更重要的是，單熱點(diǎn)結(jié)構(gòu)在硅片表面可以形成納米孔道，通過(guò)自發(fā)的毛細(xì)作用力可以誘導(dǎo)分子進(jìn)入熱點(diǎn)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)各種待測(cè)物的靈敏性檢測(cè)?？偟膩?lái)講，構(gòu)筑的熱點(diǎn)結(jié)構(gòu)不僅能夠