基于表面增强拉曼散射的手性传感器及其机理研究

摘要

手性化合物广泛应用于催化化学、食品科学、精细化工、制药工程等众多领域，然而不同的手性对映体产生的效能往往存在显著差异，这使得手性对映异识别技术的开发在各种学科领域中至关重要；多数传统手性分离技术存在耗时、成本高和依赖大型仪器等缺点。近年来，手性传感器因具有简单经济、实时快速和高效便捷等优点而在手性识别中得到了快速的发展。表面增强拉曼散射光谱（SERS）具有单分子级别的检测灵敏度，可提供分子结构信息和表面分子吸附取向等相关信息，目前已在环境科学、材料科学、化学、物理学、生命科学等领域中广泛得以应用，然而将SERS技术用于手性传感识别方面的应用研究还十分罕见，所以本文致力于构建一种新型的手性席夫碱SERS传感界面应用于手性对映体的识别。
　　本论文主要包含以下四个方面的内容：
　　①第一章综述SERS技术的发展概况，手性识别方法的研究进展以及SERS技术应用于手性传感识别的现状。
　　②首先采用柠檬酸钠作为还原剂和稳定剂，合成制备平均粒径约45nm的金纳米颗粒，然后通过静电作用组装构建具有SERS活性的金纳米膜，并利用紫外可见吸收光谱（UV-vis）和电子扫描显微镜（SEM）对其组装结构进行详细的表征，同时考察组装时间对金纳米表面等离子体共振的影响及其SERS活性的影响。研究结果表明，改变组装时间可制得不同覆盖度的纳米薄膜，此外通过SERS面扫实验表明金纳米组装基底在连续激光下具有较好的稳定性、均一性和重复性。
　　③在金纳米膜基底上，通过共价作用修饰上手性席夫碱分子，在功能化席夫碱分子膜构建过程中，采用接触角（CA）、SERS、X射线光电子能谱（XPS）、石英晶体微天平（QCM）和原子力显微镜（AFM）等多种表征方法对其进行详细的研究。最后将席夫碱金纳米SERS传感膜应用于苹果酸对映体的手性识别，并提出该新型席夫碱金纳米膜SERS传感界面对苹果酸对映体识别作用机制。实验结果表明，席夫碱分子纳米传感界面对苹果酸对映体具有良好的识别能力，通过金纳米席夫碱膜SERS谱图的差异就能实现对映体的快速识别。总之，我们成功构建了新型席夫碱SERS传感器并应用于有机羧酸苹果酸对映体的手性识别。
　　④采用AutoDock Vina进行分子对接模拟主体识别分子席夫碱与客体苹果酸对映体之间的相互作用，同时通过采用Gaussian09计算分析席夫碱分子与苹果酸复合体系的电荷分布以及轨道能级模拟，进一步探索手性席夫碱分子传感界面对于苹果酸对映体的识别机理。