金纳米线囊泡的合成、表征及致病菌检测应用研究

摘要

本论文对金纳米材料、金标银染和表面增强拉曼散射（SERS）方法进行了系统论述。金纳米粒子由于具有易于制备、独特的物理化学性质和生物相容性好等特点，被广泛地应用于生物医药和分析化学等领域。本论文基于三维金纳米线囊泡构建双通道输出的比色/SERS免疫传感器，实现了副溶血弧菌的高灵敏度检测，克服了以往方法步骤繁琐、耗时长、稳定性差等问题，同时输出结果相互佐证，避免了假阳性或假阴性结果的存在，为进一步实现传感器的实际应用奠定了基础。具体内容如下： 1、金纳米线囊泡的制备及表征 利用聚苯乙烯微球（PS）作为球形纳米金（AuNPs）的载体，辅助AuNPs三维均匀分布，复合得到PS-AuNPs的种子液。当把种子液置于含有氯金酸（HAuCl4）作为金源、抗坏血酸（L-AA）作为还原剂的生长液中时，通过调控强配体4-巯基苯甲酸（4-MBA）的浓度，基于配体的位阻效应和种子生长法，PS微球表面的AuNPs可以分别生长为金岛结构、金纳米线和受抑制的金纳米粒子三种形貌。当把PS微球去除，原位生成的金纳米线则可形成具有三维结构中空囊泡。此方法避免了传统合成金纳米线的繁琐，为不同组分纳米线及其他形貌纳米结构的合成提供了新思路。 2、金纳米材料囊泡基底的SERS性能评估 以第一个工作中合成的金纳米材料阵列基底为研究对象，选用探针分子罗丹明6G为模型，验证阵列基底的SERS性能。相比于“金岛结构”和“受抑制的金纳米粒子”两种基底，金纳米线囊泡（AuNW vesicles）的尖端结构和三维组装体丰富的尖端-尖端间隙可以促进SERS信号的极大增强；同时，其囊泡的空腔结构可以捕获更多的拉曼分子，使能够产生有效拉曼信号的探针分子所占比例提高，从而提高SERS强度，降低其检测限。经过计算，AuNW vesicles基底对R6G的平均增强因子高达9.90×107，检测限低达10nM；基于传统蒸发自组装方式得到的AuNW vesicles阵列可以使金纳米线间的热点更均一，R6G SERS强度变异系数小于7.6%，提高其稳定性和重复性。该新型“AuNW vesicles基底”具有优异的SERS性能，可以实现其在生物传感等领域的应用。 3、金纳米线囊泡（AuNW vesicles）双通道输出检测副溶血弧菌（VP）免疫传感器的制备 基于金纳米线囊泡（AuNW vesicles）结构，开发了一种比色/SERS双通道输出检测VP的免疫传感器。使用氨基化的玻璃基底构建传感器反应位点，利用醛基和氨基的相互作用，将第一抗体固定在玻璃表面，然后通过引入待检物副溶血弧菌（VP），被AuNW vesicles标记的第二抗体被捕获形成“第一抗体-VP-第二抗体”的夹心结构，最后加入银染试剂进行银染反应，传感器即被制备成功。首先，相比于传统金球，AuNW vesicles较大的比表面积可以使银染颜色变化更加明显，降低比色法的检测限；其次，AuNW vesicles结构本身可以极大增强磁场强度，银染过程进一步增强拉曼信号，两次增强可以明显提高拉曼检测的灵敏度；最后，比色、SERS双通道输出结果互相印证，可以达到精确检测VP的目的，因而具有高灵敏度、高准确度、简单、快速、易于操作等优点，可以实现对低浓度VP的检测，具有良好的应用前景。

目录

声明

主要符号表

引言

1 文献综述

1.1 金纳米材料概述

1.1.1 金纳米材料简介

1.1.2 金纳米粒子制备方法

1.1.3 金纳米粒子组装体的构建

1.1.4 金纳米线在生物检测中的应用

1.2 拉曼光谱简介

1.2.1 拉曼光谱的发展历史

1.2.2 表面增强拉曼散射光谱（SERS）的发展历史

1.2.3 SERS的增强机理

1.2.4 表面增强拉曼散射在分析检测中的应用

1.3 金标银染简介

1.3.1 金标银染概述

1.3.2 金标银染原理

1.3.3 金标银染与其他方法的联用

1.4 本文研究思路

2 金纳米线囊泡的制备及表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 主要试剂

2.2.2 主要溶液的配制

2.2.3 球形金纳米粒子合成（AuNPs）

2.2.4 聚苯乙烯（PS）微球的制备

2.2.5 氨基化PS微球（PS-NH2）及PS-AuNPs复合物的制备

2.2.6 金纳米结构囊泡的制备

2.2.7 样品表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 PS微球和球形AuNPs的合成与表征

2.3.2 金纳米线囊泡制备过程表征

2.3.3 金纳米线生长过程中配体的选择

2.3.4 配体浓度对金纳米线生长的影响

2.3.5 金纳米粒子的吸附量对金纳米线生长的影响

2.4 本章小结

3 金纳米材料囊泡基底在SERS领域的应用

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 主要试剂

3.2.2 主要溶液配制

3.2.3 金纳米材料囊泡基底的制备

3.2.4 三种形貌金纳米材料囊泡基底的SERS性能评估

3.2.5 拉曼数据的处理过程

3.2.6AuNW vesicles基底配体的去除

3.2.7AuNW vesicles基底在实际检测中的应用

3.2.8 样品表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 金纳米粒子阵列结构的选择

3.3.2 激发光波长的优化

3.3.3AuNW vesicles SERS基底的性能评估

3.3.4 中空结构对探针分子SERS强度的影响

3.3.5AuNW vesicles基底用于罗丹明B的SERS检测

3.3.6AuNW vesicles基底用于4-ATP的SERS检测

3.4 本章小结

4 金纳米线囊泡比色/SERS双通道输出检测VP

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 主要试剂

4.2.2 配制主要溶液

4.2.3 球形金纳米粒子（AuNPs）合成

4.2.4 球形AuNPs的功能化

4.2.5金纳米线囊泡（AuNW vesicles）制备

4.2.6信号单元（dAb@AuNW vesicles）的制备

4.2.7玻璃基底的氨基化及捕获单元（Glass Slide@cAb）的制备

4.2.8 VP免疫传感器的构建及银染过程

4.2.9 比色法检测VP

4.2.10 SERS法检测 VP

4.2.11 比色和 SERS法的双向验证

4.2.12 样品表征

4.3 结果与讨论

4.3.1 玻璃基底亲疏水性表征

4.3.2 实验条件的优化

4.3.3 基于球形金纳米粒子（AuNPs）VP传感器的构建及表征

4.3.4 球形AuNPs 免疫传感器的VP检测

4.3.5基于AuNW vesicles VP传感器的构建及表征

4.3.6基于AuNW vesicles的传感器进行VP检测

4.3.7基于AuNW vesicles VP传感器的特异性表征

4.3.8 实际样品的检测

4.4 本章小结

5结论与展望

5.1结论

5.2 展望

参考文献

在 学 研 究 成 果

致谢