石墨纳米囊SERS平台的构建与细菌原位检测应用

摘要

拉曼光谱是基于样品本身的非弹性光散射，包含了样品中的天然指纹信息，因此拉曼光谱已经成功应用于测定化学成分、分子结构。然而拉曼光谱低的灵敏度限制了其在生物医学的广泛应用。20世纪70年代对粗糙银金属表面的表面增强拉曼光谱(surface-enhancedRamanscattering，SERS)现象的观察和证实，极大的提高了拉曼光谱的检测灵敏度。在细菌检测相关的食品安全、环境监测和临床诊断等领域，SERS检测方法已有相关报道，具有强选择性、抗光漂白、丰富的分子指纹信息等优势。但是传统的SERS增强基底Au的抗腐蚀能力弱，在实际应用中会导致SERS信号的稳定性下降。针对上述问题本文制备了一种外壳为石墨烯内核为金钴颗粒的纳米囊(MACGs)的SERS检测平台，将石墨烯的抗腐蚀优势与传统的增强基底金属Au结合起来，具有自带内标(SI)、稳定性强、灵敏度高的优势。将此平台应用于绿脓杆菌的原位检测，解决了传统细菌生化检测周期长，SERS检测不稳定的缺点。具体工作内容如下：　　(1)第二章中用化学气相沉积法(CVD)制备了MACGs纳米颗粒，表征了MACGs的优异SERS成像的性质、磁性及成像稳定性。因为其外壳是石墨烯，具有独特的拉曼峰，其中2D峰在静默区可以作为内标(SI)。　　(2)第三章中利用MACGs纳米基底的优势，搭建了一个用于检测绿脓杆菌分泌物(绿脓菌素和氰根)的SERS检测平台。本章表征了细菌的原位的定性与定量检测，同时检测了绿脓杆菌的两种分泌物，这增加了检测的特异性与灵敏度。此外，文中用MACGs石墨壳的2D峰作为内标进行校正，进一步提高了定量的精确度。此外，本章中通过对细菌磁吸富集，提高了SERS检测的灵敏度，增强倍数为磁吸前的4.46倍。另外，在对绿脓杆菌生理活动监测应用上来看，显示了其在细菌分型与定量分析上的巨大潜力。　　(3)第四章中为了更一步的提高SERS检测的灵敏度，探究了以氰根和卤素离子为代表的阴离子对GIAN/被检测物和MACGs/被检测物体系的SERS增强效应。这种增强效应具有普适性，文章中已经发现十几种阴离子均对各类被检测物都有增强效应，增强倍数最高可以达到30倍，在SERS灵敏度的提高与检测限的降低方面具有很大的潜力，适用于应用在各类的SERS检测体系中。本章还简单探究了这种增强效应的机理。一种可能的机理是阴离子吸附于GIAN颗粒表面，从而引起待测物分子在GIAN表面构象的变化，文章中已经证实阴离子能够吸附于GIAN颗粒表面。另外一种可能机理是由于颗粒被刻蚀而引起颗粒团聚，使得待测物能够更好的靠近“热点”。文章中探究了金纳米颗粒和GIAN颗粒与卤素离子混合后的紫外吸收光谱、粒径变化。GIAN颗粒粒径变化不明显，这部分机理还需要进一步的探究。

目录

声明

第 1 章 绪论

1.1表面增强拉曼光谱概述

1.1.1 SERS的简要发展历史

1.1.2 SERS增强机理概述

1.1.3 SERS“热点”

1.1.4 SERS的优势

1.2细菌检测的概述

1.2.1细菌检测的传统方式

1.2.2 SERS的细菌检测方法

1.3本学位论文的立项意义及研究

第 2 章 MACGs材料的制备与表征

2.1前言

2.2实验部分

2.2.1试剂与仪器

2.2.2 MACGs 的制备

2.2.3 MACGs 的表征

2.2.4 MACGs 的拉曼增强效果

2.2.5 MACGs 的 T2测量与 MRI成像表征

2.3结果与讨论

2.3.1 MACGs 的表征

2.3.2 MACGs 的拉曼增强效果

2.3.3 MACGs 的 T2测量与 MRI成像表征

2.4小结

第 3 章细菌分泌物的检测与分析

3.1前言

3.2实验部分

3.2.1试剂与仪器

3.2.2细菌的培养与表征

3.2.3体外绿脓菌素和氰根的表征与检测

3.2.4体外绿脓菌素与KCN的标准曲线的测量

3.2.5绿脓杆菌的原位检测

3.2.6用拉曼监测分泌物来监测绿脓杆菌的生理动态

3.2.7通过磁吸富集来提高检测的灵敏度

3.3结果与讨论

3.3.1细菌的培养与表征

3.3.2体外绿脓菌素和氰化钾的表征与检测

3.3.3体外绿脓菌素与KCN的标准曲线的测量

3.3.4绿脓杆菌的原位检测

3.3.5用拉曼监测分泌物来监测绿脓杆菌的生理动态

3.3.6 通过磁吸富集来提高检测的灵敏度

3.4小结

第 4 章阴离子对 GIAN/被检测物与 MACGs/被检测物体系增强影响

4.1前言

4.2 实验部分

4.2.1 试剂与仪器

4.2.2 氰根对 MACGs 与 GIAN的 SERS检测体系信号增强探究

4.2.3 探究卤素阴离子对 GIAN的 SERS检测体系的信号增强影响

4.2.4 探究卤素阴离子对待测物本身拉曼信号的影响

4.2.5 探究卤素外其他阴离子对 GIAN的 SERS检测体系的影响

4.2.6 探究增强现象机理-离子吸附

4.2.7 探究增强现象机理-颗粒刻蚀

4.3 结果与讨论

4.3.1 氰根对 MACGs 与 GIAN的 SERS检测体系信号增强探究

4.3.2 探究卤素阴离子对 GIAN的 SERS检测体系的信号增强影响

4.3.3探究卤素阴离子对待测物本身拉曼信号的影响

4.3.4 探究卤素外其他阴离子对 GIAN的 SERS检测体系的影响

4.3.5 探究增强现象机理-离子吸附

4.3.6 探究增强现象机理-颗粒刻蚀

4.4小结

结 论

参考文献

附录 A 攻读学位期间发表的学术论文目录

致 谢