各向异性金属纳米结构免疫活性基底的制备及其SERS应用

摘要

表面增强拉曼散射(SERS)是指吸附分子在粗糙化的金属表面或附近产生拉曼散射强度增大的现象。由于利用 SERS技术能够灵敏地检测到金属表面吸附分子的成分与结构信息，从而成为一种便捷、高效的分析手段和广泛应用的表面研究技术。其中，SERS领域的核心技术是高性能基底的制备，而各向异性贵金属纳米粒子拥有良好的 SERS性能，且其 SERS特性极大地依赖于纳米粒子的形貌、成分以及结构，当贵金属纳米粒子组装成一定的结构或沉积在不同结构的衬底上所制备的基底都表现出强烈的结构依赖的 SERS特性。因此研究金属纳米结构与 SERS之间的关系，对于提高 SERS检测技术在化学、生物和医学等领域的应用有着重大的意义。
　　我们的工作着重于各向异性金属纳米结构 SERS特性研究，制备各向异性金属纳米结构免疫活性基底，并探索其 SERS应用。首先，通过利用双表面活性剂法以及还原法合成金纳米棒溶胶，并通过改变金纳米棒溶胶在硅片上的沉积方式和溶剂蒸发的条件，将合成的形貌均匀的金纳米棒溶胶形成多种自组装结构基底，实验表明其具有强的结构依赖的 SERS特性和高灵敏的免疫检测特性。此外，利用表面活性剂的晶面控制作用制备出六种结构的氧化亚铜微晶溶液，并探究了氧化亚铜多面体的形成机理，在剩余葡萄糖的作用下还原得到不同的银/氧化亚铜多面体结构。通过比较发现，在300μL硝酸银溶液和0.6 g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的条件下，合成得到的凹形二十四面体银/氧化亚铜微晶复合物，并在实验和理论上验证其具有最优的 SERS特性。
　　本论文主要由四个章节组成。第一章主要介绍了拉曼散射效应、SERS的发展历程和 SERS增强机制，概述了 SERS基底材料的种类和基底的制备方法，并且在最后阐述了本论文的选题意义以及它的研究内容。第二章介绍了金纳米棒自组装结构基底的制备及其免疫检测的应用。利用双表面活性剂法制备金纳米棒溶胶，通过改变金纳米棒的质量浓度以及表面活性剂的残留浓度，在传统滴加方法上改变硅片与水平面的倾斜角度以及改变溶剂蒸发的温度等，制备出四种连续排列的金纳米棒自组装结构，并分析其形成的原因。同时，利用最优的自组装结构免疫基底检测前列腺特异性抗原(PSA)，得到良好的剂量-响应关系，同时良好的检测重现性和均一性也得到实验证明。第三章则介绍通过改变表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的质量浓度，得到六种银/氧化亚铜多面体复合材料，并通过实验和数值模拟发现它们均具有强烈的结构依赖的 SERS增强特性，其中合成得到的凹形24面体银/氧化亚铜微晶复合物是一种最优的 SERS活性基底材料。第四章对研究工作进行了总结和展望。

目录

声明

引言

1绪论

1.1拉曼散射效应

1.2表面增强拉曼散射(SERS)简介

1.3 SERS的增强机制

1.3.1电磁增强机制

1.3.2化学增强机制

1.4 SERS基底材料与基底的制备

1.4.1 SERS基底材料的种类(1)贵金属 SERS基底

1.4.2 SERS基底的制备方法

1.5本文研究内容及其意义

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1试剂与仪器

2.2.2金纳米棒的合成

2.2.3免疫基底的制备

2.2.4免疫探针的制备

2.2.5免疫检测过程

2.3结果与讨论

2.3.1金纳米棒自组装基底的表征及其形成机理

2.3.2 4MBA标记的金纳米棒自组装活性基底的SERS特性

2.3.3高灵敏度免疫检测分析

2.4小结

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1试剂与仪器

3.2.2 Cu2O多面体的制备

3.2.3 4MBA-Cu2O@Ag复合微晶(CMs)的制备

3.3结果与讨论

3.3.1 Cu2O@Ag CMs形貌的表征

3.3.2 Cu2O@Ag CMs成长机制

3.3.3 Cu2O@Ag CMs的SERS行为及其理论分析

3.4小结

4.1总结

4.2展望

参考文献

在 学 研 究 成 果

致谢