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《复旦大学》 2012年
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聚合物/纳米银复合微球的制备、SERS性能及其应用研究

李菊梅  
【摘要】:表面增强拉曼散射光谱(SERS)是一种具有指纹性质和超高检测灵敏度的振动光谱,其在分析领域具有重要的应用价值。特别是SERS信号具有高稳定性、高光谱分辨率等特点使得SERS光谱在生物分析领域受到了极大的关注。基于SERS标签检测生物分子的方法,具有极高的检测灵敏度和优良的多元检测能力,因而在基因治疗、食品安全监测、医学诊断、法医分析、文物鉴定等领域具有巨大的应用前景。SERS光谱的灵敏度和信号重现性主要决定于SERS基底材料的形貌和尺寸等微观结构。因此本论文研究工作主要围绕着高活性SERS基底材料的制备与其在生物分析领域的应用展开,主要取得了以下几方面的研究结果: (1)开发了一种简单、高效、环境友好的制备PSA/Ag-NPs复合微球的方法。首先通过无皂乳液聚合法,使用丙烯酸(AA)和苯乙烯(St)为单体制备了表面富含羧基的聚(苯乙烯-co-丙烯酸)(PSA)微球。然后以PSA微球为模板,硝酸银水溶液为银源,PVP为还原剂和稳定剂,原位还原制备了PSA/Ag-NPs复合微球。考察了微球表面羧基含量和反应温度对微球表面银纳米粒子覆盖度的影响。另外,TEM、XRD、TGA、UV-vis表征结果表明,银纳米粒子的覆盖度随PSA微球共聚单体中AA用量的增加而增大,即微球表面银纳米粒子的覆盖度随着PSA微球表面羧基含量增加逐渐增多;高温反应有助于增加微球表面银纳米粒子的覆盖度,但是过高的反应温度会导致在微球表面形成银纳米粒子聚集体,并在反应溶液中生成大量自由银纳米粒子。 (2)使用PSA/Ag-NPs复合微球作为SERS基底检测三聚氰胺。首先以4-ABT为模型分子,考察了微球表面银纳米粒子覆盖度对PSA/Ag-NPs复合微球SERS活性的影响,得到PSA/Ag-NPs复合微球的SERS活性随着表面银纳米粒子覆盖度的增加而逐渐增大。表面完全被银纳米粒子覆盖的PSA/Ag-NPs复合微球的SERS活性最高,对4-ABT的检测限为10-9M。利用PSA/Ag-NPs复合微球作为SERS基底检测三聚氰胺,得到检测限为10-3M而且谱图中有许多PVP和杂质的信号,信噪比很低。使用四氢呋喃(THF)将PSA/Ag-NPs复合微球表面吸附的PVP和杂质溶解除去后,大大提高了信噪比和检测灵敏度,得到检测限为10-7M。 (3)SERS-tags的制备和表征。以PSA/Ag-NPs为SERS基底,高Raman活性的芳香类化合物作为Raman条码分子,再通过改进的Stober方法包覆Si02制备了核壳结构的SERS标签(SERS-tags)即PSA/Ag-NPs-Raman repoter/SiO2。通过一系列的实验考察了SERS-tags的性能,发现:(a)SERS-tags能够抵抗强酸的侵蚀,具有高的化学稳定性;(b)SERS信号强度与SERS-tags粒子浓度成线性关系,拟合直线的确定系数(R2)为0.989,因此SERS-tags具有优异的定量检测能力;(c)在二元、三元、四元混合标签的SERS光谱中,能清晰的分辨出各个SERS-tags的特征Raman峰,因此SERS-tags具有优良的多元检测能力。采用芯片式“三明治”夹心方法初步进行了DNA检测,应用三种不同的SERS-tags在三种目标DNA混合溶液中成功的检测到了特异的目标DNA序列。因此该检测方法可以用于复杂的生物体系中生物分子的选择性和特异性检测分析。 (4)SERS-tags在DNA检测中的应用。首先采用溶剂热法制备了具有高磁饱和强度的四氧化三铁纳米晶簇(MCNCs),再通过蒸馏沉淀的方法在MCNCs外包覆生物相容性的聚丙烯酸(PAA)壳层,得到了表面富含羧基、具有良好的磁响应性和生物相容性的MCNCs/PAA核壳结构磁性复合纳米粒子。然后以磁性复合纳米粒子为悬浮捕获材料和分离手段,结合制备的SERS-tags构建了一类灵敏的“三明治”SERS液相芯片。应用SERS液相芯片技术检测目标DNA,得到检测限为10-11M。最后将磁性复合纳米粒子表面固定三种捕获DNA后构建了多元检测SERS液相芯片,应用该液相芯片在目标DNA混合溶液中同时成功检测到了多个目标DNA。因此该方法在高通量的生物分子检测领域具有巨大的应用潜力。
【学位授予单位】:复旦大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:O631.3

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