多元生物分子检测技术,由于其灵敏度高、编码量大、高通量以及反应快速等优点在生物医学领域越来越受到人们的关注。其中基于流动编码载体的悬浮芯片技术是已经商业化的多元生物分子检测手段。目前,悬浮芯片主要采用的是基于光谱技术的光学编码。传统的荧光染料和量子点所产生的编码稳定性不高;在可见光区域内,光子晶体编码的编码量少,都对其应用造成了一定的限制。表面增强拉曼散射(Surface-Enhancement Raman Scattering,SERS)由于具有极高的灵敏度、无需样品预处理、操作简便、检测速度快、准确率高以及不破坏待测的样品等优点,在分析化学、生物医学、食品安全和环境卫生监测等领域有着广泛的应用。因为等离激元纳米颗粒制备简单、增强效果好,所以一直是制备SERS活性基底的常见材料。但是基于等离激元纳米颗粒的SERS纳米标签的编码能力还是有限的。将光子晶体和SERS纳米标签相结合可以有效地解决以上问题,具有非常重要的实际应用价值。因此本文开展了光子晶体和SERS纳米标签的双编码检测体系的构建以及将其应用于多元生物分子检测的研究。本论文的主要研究内容和结论如下:(1)构建了一种基于金纳米粒子的SERS纳米标签和光子晶体微球的双编码多元检测体系。SERS纳米标签和光子晶体微球以免疫“三明治”的形式结合在一起。通过光子晶体的反射光谱和SERS纳米标签的拉曼光谱鉴别样品中不同的分析物。将此双编码方法用于鼠IgG的定量检测,结果显示检测的范围为10 pg/mL到100 μg/mL,检测限为9.2 pg/mL,与使用量子点和二氧化硅光子晶体微球作编码元素的双编码方法相比,检测限下降了约6倍。通过对两种肿瘤标志物甲胎蛋白(AFP)和癌胚抗原(CEA)的多元定量检测,计算得到检测限分别为4.8 pg/mL和1.3 pg/mL。对AFP和CEA的检测而言,同一实验间和不同实验批次的拉曼信号变异系数分别为6.7%和9.3%、6.2%和9.1%,显示其检测性能的高稳定性以及优异的重复性。这种由光子晶体和SERS纳米标签组成的双编码多元检测体系在其它蛋白质分子的多元检测等生命科学领域中具有巨大的应用前景。(2)构建了一种基于金核银壳纳米粒子的SERS纳米标签和光子晶体微球的双编码多元检测体系。首先优化了 SERS纳米标签制备体系中的拉曼标签和硝酸银的浓度,结果表明当尼尔蓝A和硝酸银的浓度分别为2.0 μM和2.5μM时,得到最佳的拉曼信号强度。通过对鼠IgG的定量检测,计算得到检测限为672fg/mL。对C反应蛋白(C-reactiveprotein,CRP)的检测结果显示检测限为478fg/mL,低于显色法、计算紫外-可见光吸收光谱位移法以及电化学检测法等方法,同时表明金核银壳纳米粒子对拉曼标签的SERS增强明显优于金纳米粒子的增强作用。(3)构建了一种基于金核银壳纳米粒子的SERS纳米标签和反蛋白石水凝胶光子晶体微球的多元检测体系。首先对反蛋白石水凝胶光子晶体微球的反射峰以及SERS激发波长进行了选择和优化,得到了最佳的近场电场强度,并用FDTD模拟对其进行了解释。结果显示激发波长为785 nm时,以反射峰为507 nm的水凝胶光子晶体微球作反应载体,可以得到最佳的检测灵敏度。与非光子晶体结构的水凝胶微球相比,其对拉曼标签的SERS增强约为31.2倍;同时,对免疫反应的时间以及SERS纳米标签的浓度优化结果表明当反应时间为1 h和SERS纳米标签的浓度为75 pM时,能够得到最优的检测信号。对鼠IgG的定量检测结果表明检测限为3.1fg/mL。反蛋白石水凝胶光子晶体微球对其结构中的SERS纳米标签的局域表面等离子体共振(LocalizedSurfacePlasmon Resonance,LSPR)的效应增强了两个数量级。通过在同一个水凝胶光子晶体微球上对AFP和CEA做多元检测,计算得到检测限分别为3.6 fg/mL和1.9 fg/mL,选择性实验显示AFP和CEA的检测信号变异系数分别为7.3%和6.6%。结果表明了在提高检测效率的同时又保证了检测的灵敏度以及稳定性。最后,我们通过FDTD仿真模拟探索了不同参数的金壳银壳纳米粒子对SERS纳米标签的增强作用,结果显示随着间隙尺寸和银壳的厚度减小,紫外-可见光吸收光谱会越来越红移。以红移的吸收峰为激发光的波长,得到间隙处的电场强度与银壳外层的电场强度比值最大的电磁场增强。这为进一步提高该双编码多元检测方法的灵敏度提供了理论依据,在实际的多元生物分子检测中具有重要的指导价值。