收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高灵敏SERS基底的制备及其在芽孢杆菌检测中的应用

成汉文  
【摘要】:发展灵敏的、选择性的快速检测细菌芽孢的方法对于医疗诊断和人类健康治疗来说显得越来越重要。近年来,表面增强拉曼散射(SERS)技术因其具有的高灵敏度、高分辨率以及快速响应而在生物分子检测应用中吸引了众多研究工作者的兴趣。构建SERS基底的一个关键性的挑战是基底不仅需具备生物兼容性,而且还要能有力地实现理想的检测灵敏度和选择性。在本文中,我们设计了一种新型的基于金纳米粒子的SERS基底,并证明了其对细菌芽孢中释放出来的生物标志物的检测可以获得高灵敏度和低检测限。我们将在以下几个密切相关的领域中讨论主要的研究发现。 金纳米粒子/聚乙烯吡咯烷酮/金基底(AuNPs/PVP/Au)的制备及其SERS效应将被首次讨论(第2章)。关于Au NPs的粒径与SERS基底的增强效应两者间相互关系的研究工作表明:60nm金粒子制备的基底获得的SERS增强效应最大,增强因子可达~106。这一类型基底具备的强SERS效应来源于Au NPs-Au NPs及AuNPs-金基底间的相互作用所产生的双重耦合效应,我们还通过控制纳米粒子的尺寸范围(50-70nm)对其进行了优化。 该AuNPs/PVP/Au基底经实验证明可以实现高灵敏检测吡啶2,6-二羧酸(简称DPA,为细菌芽孢中的生物标志物)(第3章)。在考察DPA浓度与SERS特征峰之强度两者关系的工作中我们观察到了两个线性范围,“低浓度区域”(0.01ppm)及“高浓度区域”(1ppm),并且在这二者之间还存在着一个“过渡区域”。在SERS检测DPA的研究中,能在这样一个低浓度区观察到线性关系实属首例。实验结果证明利用60nm的AuNPs制备的基底可以获得0.1ppb的检测限,据我们所知该极限值为在此类SERS基底检测DPA的报道中最低值,低浓度的DPA在AuNPs/PVP/Au基底上获得的极大K值(1.7×107M-1)也可以证明这一发现。为了洞察DPA浓度与SERS强度间的相关性,我们依据“单分子层和多分子层吸附等温线”对DPA在SERS基底上的吸附特征进行了分析。我们认为实验中所观察到的介于低和高浓度区域之间的“过渡”对应于吸附等温线从单分子层吸附到多分子层吸附的“转变”,而且该“过渡区域”的实验数据与我们估算出来的满一个单分子层覆盖所需DPA的最低浓度理论值(-0.01ppm)十分吻合。 为了确定这一新型SERS基底的光谱鉴别和定量能力,也为了解生物标志物DPA在纳米粒子修饰的基底上是否可能发生表面反应,我们认为有必要考察生物标志物和其脱羧反应的可能性产物一吡啶(Py)的竞争吸附体系(第4章)。在实验数据分析中我们发现:DPA和Py两者虽然在它们的环呼吸振动模式相关的SERS光谱范围内(900-1100cm-1)显示出一些相似性,但是二者在AuNPs/PVP/Au基底上的独立吸附和竞争吸附的特征波谱中都表现出了明显差别。在实验检测的浓度范围内,Py在基底上获得的吸附平衡常数(~8×105)比DPA的(~1×105)大得多,原因是Py在Au表面上的绑定能力比DPA的强。实验结果不但为我们提供了本SERS检测条件下生物标志物在基于金纳米粒子的基底上物种形成的准确信息,而且也验证了此类基底在有表面反应存在或无表面反应存在的条件下实现高灵敏、高选择性检测细菌标志物的可行性。 通过分析pH和阴离子对样品溶液SERS强度的影响从而系统地研究了影响SERS检测AuNPs/PVP/Au基底上DPA的因素(第5章)。实验结果表明:SERS的强度会随着pH值的下降而上升,我们认为此现象反映了DPA在SERS基底上存在着吸附模式的“质子化—脱质子化”间的平衡。溶液中存在的不同阴离子也对SERS强度有着一定的影响,反映了不同阴离子在SERS基底上绑定能力的差异。 我们将上述SERS基底作为光谱探针检测枯草芽孢杆菌的芽孢,以达到进一步检验该基底性能的目的,实验结果证明:其对细菌芽孢中释放出来的标志物钙化DPA (CaDPA)也具有高灵敏性(第6章)。利用硝酸从芽孢中萃取出的CaDPA在SERS检测中获得了一系列特征光谱,并且得到了1.5×109spores/L(即:2.5x10-14M)的检测限(LOD)。将Au纳米粒子构建的SERS基底和报道中的Ag纳米粒子基底相比较不难发现:二者获得的LOD值非常接近,但是前者的表面吸附平衡常数比后者的小了1~2个数量级。上述这一系列的发现均证明了Au纳米粒子制备的SERS基底是可以直接作为高分辨率、高灵敏的生物兼容性探针而应用于细菌芽孢的检测。 此外,为了建立在不同条件下对细菌芽孢的SERS险测,我们又考察了芽孢的储备时间和检测环境对SERS检测的影响(第7章)。实验中以AuNPs/PVP/Au基底为探针检测到了芽孢在特定条件下“自释放”出的CaDPA,这一发现与文献报道中关于芽孢在控制温度和湿度的条件下可以追踪到CaDPA的释放是一致的。在关于激光功率对SERS强度的影响这一研究中发现:后者随着前者的增大而上升。这一发现证明:相比其他物种在不同激光功率下表现的不稳定性,从芽孢中释放出来的DPA/CaDPA在本实验条件的激光照射下是稳定的。 综上所述,本工作中构建的AuNPs/PVP/Au基底可以被确认为是检测枯草芽孢杆菌中生物标志物的高灵敏SERS基底,以此为基础则可进一步拓展和优化其在检测各种不同细菌芽孢方面的应用。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 ;SERS mechanism of nickel electrode[J];Chinese Science Bulletin;2002年23期
2 徐抒平,王连英,徐蔚青,赵冰,袁航,马岚,白玉白,樊玉国;SERS标记纳米粒子用于免疫识别[J];高等学校化学学报;2003年05期
3 徐蔚青,徐抒平,吕志成,王魁香,赵冰,樊玉国;SERS活性液芯光纤的制备及超灵敏检测应用[J];高等学校化学学报;2003年11期
4 徐蔚青,徐抒平,胡冰,王魁香,赵冰,谢玉涛,樊玉国;SERS活性光纤光谱微探针研究[J];高等学校化学学报;2004年01期
5 许莉莉,方炎;温度对苯甲酸衍生物在银胶体系中的SERS的影响[J];光散射学报;2004年03期
6 李淑瑾,顾仁敖;巯基苯类为标记分子免疫检测的FT-SERS光谱研究[J];化学学报;2004年20期
7 J.F. Arenas,I. LópezTocón,S.P. Centeno,J.C. Otero;2,5-二乙基吡嗪的SERS光谱中电荷转移增强机制的贡献(英文)[J];光散射学报;2005年03期
8 张勇;任斌;田中群;;铂纳米立方体的合成及其SERS活性研究[J];光散射学报;2006年04期
9 黎司;周光明;杨大成;虞丹尼;彭红军;伍辛军;王宁;;FT-SERS研究非极性R侧链氨基酸在银胶体系中的吸附状态[J];光谱学与光谱分析;2007年04期
10 葛明;姚建林;崔颜;蒋芸;顾仁敖;;标记免疫双组分的SERS检测研究[J];高等学校化学学报;2007年08期
11 司民真;方炎;董刚;张鹏翔;;电解法制备纳米溴化银溶胶及其SERS活性研究[J];光谱学与光谱分析;2008年01期
12 饶贵仕;王国富;吴志祥;易飞;钟艳;钟起玲;任斌;田中群;;金纳米空球的合成及其SERS效应[J];光散射学报;2008年03期
13 宋春元;王著元;杨晶;张若虎;谈学斌;崔一平;;预聚集法制备单层银纳米粒子膜及其SERS活性研究[J];化学学报;2009年06期
14 洪昕;杜丹丹;;SERS activity of Au nanoparticle films[J];Chinese Optics Letters;2009年04期
15 张德清;司民真;康颐璞;刘仁明;柳振全;;半胱氨酸作为耦联剂制备的纳米银膜上的SERS研究[J];光散射学报;2010年03期
16 周宁;刘涛;李东升;杨德仁;;密排银颗粒薄膜的制备及其SERS应用[J];光散射学报;2012年03期
17 郭洪云;徐抒平;唐彬;陶金龙;潘凌云;徐蔚青;;复合SERS基底的构建及性质[J];高等学校化学学报;2012年10期
18 冷永章,顾仁敖,朱涵如,凌德洪;表面增强喇曼散射(SERS)光谱中物质吸附性质的研究[J];中国激光;1987年02期
19 宗亚平;顾仁敖;;非水电化学体系SERS效应研究[J];苏州大学学报(自然科学);1990年01期
20 赵金涛,莫育俊,程祖良;痕量四磺酸酞菁钻SERS的研究[J];张掖师专学报(综合版);1991年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘伟;郭清华;刘可;姚建林;顾仁敖;;可循环SERS基底的制备及性能研究[A];第十六届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2011年
2 郭清华;翁华怡;徐敏敏;姚建林;顾仁敖;;均匀SERS基底的制备及应用[A];第十七届全国光散射学术会议摘要文集[C];2013年
3 周海光;王福林;李秀燕;林颍;;液晶5CB的表面增强拉曼光谱(SERS)研究[A];加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策(下册)[C];2002年
4 曾勇明;孙建军;陈启振;艾莉;林志彬;任斌;田中群;;一种新型SERS活性基底的制备与表征[A];第十届中国化学会分析化学年会暨第十届全国原子光谱学术会议论文摘要集[C];2009年
5 逯乐慧;;基于表面增强拉曼光谱技术的纳米传感体系设计及应用[A];第六届海峡两岸分析化学会议摘要论文集[C];2010年
6 凌德洪;冷永章;朱涵如;顾仁敖;;表面增强喇曼散射(SERS)光谱中影响增强效应因素的实验研究(Ⅱ)[A];全国第三届光散射学术会议论文摘要[C];1985年
7 凌德洪;周义新;过祥龙;;吡啶在胶体和氯化银胶中的表面喇曼增强(SERS)[A];全国第三届光散射学术会议论文摘要[C];1985年
8 仇立群;蒋芸义;李淑瑾;顾仁敖;;SERS标记免疫金溶胶的制备及抗体与基底间的作用研究[A];大环化学和超分子化学研究进展——中国化学会全国第十二届大环第四届超分子化学学术讨论会论文集[C];2004年
9 徐抒平;徐蔚青;杨柏;;SERS Mapping研究图案化的银阵列表面形貌[A];第十四届全国分子光谱学术会议论文集[C];2006年
10 李剑锋;方萍萍;盛建军;鲍芳;吴德印;任斌;田中群;;一种新型的通用的SERS基底—核壳结构纳米子[A];第十四届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨立滨;几种基于半导体涉及电荷转移的SERS及其增强机制研究[D];吉林大学;2010年
2 李然;SERS活性底物的制备及在分析检测中的应用[D];中国科学技术大学;2013年
3 陈雷;可控SERS基底制备及其在蛋白质检测方面的应用[D];吉林大学;2011年
4 李小灵;基于新型SERS基底的功能化自组装膜研究[D];吉林大学;2004年
5 陶文玉;贵金属微纳米结构的设计与制备及其SERS性质研究[D];中国科学技术大学;2014年
6 唐祥虎;复杂结构SERS基底的设计与构筑及其用于环境检测和催化监测[D];中国科学技术大学;2014年
7 成汉文;高灵敏SERS基底的制备及其在芽孢杆菌检测中的应用[D];湖南大学;2012年
8 薛向欣;半导体及过渡金属离子掺杂半导体作为SERS基底及其增强机理的研究[D];吉林大学;2012年
9 田澍;二维有序球腔阵列的制备及其电化学和SERS性质研究[D];苏州大学;2014年
10 王玉;基于目标物介导SERS纳米粒子自组装的新型生物传感方法[D];湖南大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邓卫芹;生物活性分子的SERS光谱研究[D];上海师范大学;2010年
2 杨小成;C_(60),C_(70)有机溶液及薄膜的拉曼和SERS研究[D];首都师范大学;2003年
3 仇立群;金纳米粒子的自组装和表面增强拉曼光谱(SERS)在标记免疫检测中的应用研究[D];苏州大学;2003年
4 刘自纯;金属纳米粒子制备及尼古丁与牛血清蛋白相互作用SERS光谱研究[D];湖北大学;2011年
5 郭洪云;高效SERS基底的构建、分析研究及应用[D];吉林大学;2013年
6 王晶;金纳米颗粒阵列自组装及其SERS效应研究[D];江南大学;2013年
7 周莹;共振SERS基底设计与增强机理的研究[D];安徽大学;2014年
8 朱青霞;TLC-SERS用于中药掺杂化学成分的检测方法研究[D];福建中医药大学;2014年
9 谭太幸;二维纳米结构银的制备及其SERS性能研究[D];黑龙江大学;2013年
10 李欣然;金属溶胶粒子在生物分子SERS光谱表征中的应用[D];上海师范大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 佘峥 李静;SERS技术或可用于食品安全检测[N];中国食品报;2010年
2 钟人;纳米结构电极体系研究有新进展[N];中国化工报;2003年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978