光纤LSPR光谱信号获取方法及三聚氰胺检测研究

摘要

局域表面等离子体共振(Local surface plasmon resonance，LSPR)是贵金属内自由电子与表面入射光相互作用时发生集体震荡的现象，LSPR效应与金属纳米颗粒大小形状、介质环境密切相关。光学LSPR生物传感技术作为一种新型的快速检测技术，检测范围广，检测效率高，在生物检测领域具有重要的研究意义。基于光学LSPR生物传感技术的测试系统具有成本低、结构紧凑、性能稳定、灵敏度高、速度快、无需标记和实时监测的优点，已应用到无标记生物传感器、光开关和光波导、纳米颗粒增强拉曼光谱、光刻和亚波长成像等领域，在生物化学监测领域更是备受青睐，具有广阔的应用前景，特别是在农业生物测试领域具有很大的发展空间。
　　论文研究主要包括以下几点:
　　(1)深入理解光学LSPR生物传感技术机理和信号获取方法，主要包括光学SPR和光学LSPR生物传感技术机理;深入理解现有的光学LSPR信号获取方法，为光纤LSPR的生物传感装置的构建奠定基础。
　　(2)利用多通道紫外可见光度计获取光学LSPR的三聚氰胺光谱信号并开展实验研究。采用适配体功能化金纳米颗粒(AuNPs)进行三聚氰胺定量检测，实验优化获得检测体系的最佳条件为AuNPs100μL与适配体60μL结合24h，与三聚氰胺反应时间25min，NaC1浓度500mM。在优化条件基础上分别进行了水和牛奶中三聚氰胺定量检测，在水中时三聚氰胺浓度范围0～1μM时吸收峰值比(A640/A520)与三聚氰胺浓度呈线性，相关系数(R2)为0.986，检测限(LOD)为22nM。在牛奶样品溶液中三聚氰胺的浓度低于0.5μM时吸收峰值比(A640/A520)与三聚氰胺浓度呈线性，线性相关系数(R2)为0.998，最低检测限14.9nM。
　　(3)构建了单通道及双通道光纤LSPR生物传感信号获取装置，并在装置上进行实验验证和改进。在单通道装置上进行AuNPs的定量检测，得出吸光度与三聚氰胺浓度的线性方程为A=0.14×C;在双通道装置上进行AuNPs的光谱检测，计算得出通道1的平均标准偏差为0.26％，通道2的平均标准偏差为0.59％，实验结果表明双通道装置的稳定性较高，两通道间具有较好的一致性。
　　(4)基于单通道光纤LSPR光谱检测装置检测三聚氰胺。实验了未经修饰的AuNPs定量检测三聚氰胺方法的可行性，通过检测添加三聚氰胺的AuNPs样品吸光度，建立了吸光度差值与三聚氰胺浓度之间的线性方程△A=0.026×C+0.01，其中线性相关系数达到0.99，检测限为33nM。牛奶样品中回收率实验结果表明，回收率在98.9％～101％。
　　(5)论文还探索了牛奶中常见糖类物质（果糖、乳糖、葡萄糖）对AuNPs检测三聚氰胺光学LSPR信号的影响，研究了三聚氰胺类似物三聚氰酸二酰胺对光学LSPR信号的影响，结果表明糖类物质不能引起AuNPs团聚，这类物质的存在不会干扰AuNPS光学LSPR信号。三聚氰胺类似物对AuNPs团聚存在较弱的影响，但不会干扰AuNPs光学LSPR三聚氰胺信号。纳米金光学LSPR三聚氰胺检测方法，检测快速，对实际牛奶样品中三聚氰胺的检测提供参考方法。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 光学LSPR检测技术研究现状

1．3 光学LSPR生物传感器信号获取方法

1．3．1 紫外-可见分光光度计获取光学LSPR信号

1．3．2 多通道吸光度测试仪获取光学LSPR信号

1．4 光学LSPR生物传感系统结构

1．4．1 透射式光学LSPR生物传感系统结构

1．4．2 反射式光学LSPR生物传感系统结构

1．4．3 拉曼增强获取光学LSPR生物传感信号方法

1．5 论文创新点

1．6 论文研究内容及章节安排

第二章 光学LsPR生物传感技术机理

2．1 光学表面等离子体共振生物传感

2．2 局域表面等离子共振生物传感

2．2．1 局域表面等离子体共振基本原理

2．2．2 Maxwell方程组求解LSPR共振波长移动

2．3 小结

第三章 核酸适配体功能化金纳米颗粒光学LSPR三聚氰胺检测

3．1 核酸适配体功能化AuNPs光学LSPR检测三聚氰胺机理

3．2 实验过程

3．2．1 材料与仪器

3．2．2 金纳米颗粒(AuNPs)的制备

3．2．3 牛奶样品前处理

3．2．4 光学LSPR检测方法建立

3．3 结果与讨论

3．3．1 AuNPs核酸适配体反应时间优化

3．3．2 NaCl浓度对光学LSPR吸光度峰值影响及优化

3．3．3 核酸适配体功能化AuNPs光学LSPR信号动态分析

3．3．4 三聚氰胺光学LSPR定量检测

3．3．5 特异性分析

3．3．6 回收率检测

3．4 小结

第四章 单通道及双通道光纤LSPR信号获取装置构建及实验验证

4．1 光纤LSPR信号获取装置技术研究路线及电子选件

4．2 单路光纤LSPR信号获取装置构建

4．2．1 单路光纤LsPR信号获取装置

4．2．2 不同浓度AuNPs的光学LSPR信号测量实验

4．3 双通道光纤LSPR信号采集装置构建

4．3．1 双通道LSPR信号获取装置

4．3．2 双通道光纤LSPR装置稳定性实验

4．4 小结

第五章 光纤LSPR三聚氰胺检测实验

5．2．2 检测方法建立

5．3 结果与讨论

5．3．1 方法可行性验证

5．3．2 标准曲线的建立

5．3．3 特异性实验

5．3．4 回收率实验

5．4 小结

第六章 总结与展望

6．1 本论文研究内容总结

6．2 今后的工作展望

参考文献

硕士期间取得的成果