基于液液界面纳米粒子自组装的SERS固体基底制备及其无标记检测应用

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表面增强拉曼散射(Surface-Enhanced Raman Scattering,SERS)效应指的是分析物吸附或靠近粗糙的金属表面其拉曼信号大大增强的现象,能够将待测物的信号放大数个数量级从而成为重要的分析检测工具。高反射性金属类液体薄膜(Metalliquid-like films,MeLLFs)由于纳米粒子紧密的排列在一起形成了高密度的拉曼热点,可以用做SERS活性基底。液液界面自组装法具有制备过程简单、操作简便、易实现等特点,是制备MeLLFs常用的方式。MeLLFs形成的热点可以直接与分析物接触产生高的SERS信号,但是这也会导致竞争性吸附,特别是对于复杂成分的生物系统样本。除此之外在液液界面形成的MeLLFs有机相的存在往往会使生物分子(例如蛋白质、核酸等)变性,生物相容性较差,在细胞成像等领域受到限制。本文通过液液界面自组装技术将形成的MeLLFs原位固定在聚合物膜表面,实现水相和油相的分离,制备出了具有新型聚合物-MeLLFs固体SERS基底。MeLLFs为基底提供高的SERS活性,结合不同的聚合物自身的性质为基底提供例如抗蛋白质大分子干扰以及柔韧性等特性。除此之外,由于有机相的移除使得制备出的SERS活性材料拥有良好的生物相容性,在生物样品检测和细胞成像领域具有广阔的应用前景。工作通过以下两方面展开:1.金属类液体状薄膜包裹的水凝胶SERS基底用于直接检测蛋白质中的药物小分子通过液液界面自组装法制备出来了以MeLLFs包裹的聚丙烯酰胺水凝胶(Polyacrylamide hydrogel,PAAG)SERS 基底。MeLLFs 提供了高密度的 SERS活性热点,PAAG则具有抗污特性能够屏蔽蛋白质大分子的SERS信号。以R6G作为分析物对基底的性能进行表征,计算得到增强因子为8.0x 106,最低检测限为76.8pM(S/N=3),表明制备出来的MeLLFs@PAAG基底具有良好的SERS活性。利用MeLLFs@PAAG SERS基底对高浓度蛋白质人血清白蛋白(Human serum albumin,HSA)中抗癌药物小分子阿霉素(Adriamycin,DOX)进行SERS检测,计算出DOX与HSA的结合率为70%。实验结果证明了制备出的新型基底具有屏蔽大分子蛋白质拉曼信号的作用,可以检测复杂生物样品中游离的小分子浓度。2.以聚己内酯为模板的柔性SERS基底用于癌细胞的无标记检测同样利用液液界面自组装法,制备出来了以聚己内酯(Polycaprolactone,PCL)为基板固定MeLLFs的SERS基底。由于摆脱了有机相,MeLLFs/PCL基底具有良好的生物相容性,利于生物系统的SERS检测。除此之外,相比于其他刚性固体基底,PCL的支撑使得基底具有柔韧性。以R6G作为分析物对基底的性能进行表征,计算得到增强因子为1.3×105,最低检测限为16.3 nM(S/N=3),表明制备出来的MeLLFs@PAAG基底具有良好的SERS活性。我们在FC40氟化液/培养基系统的界面中加入制备的新型基底并接种HCT-116细胞,细胞成功的生长在该基底上,证明了基底的存在不会影响细胞的生存能力,并且MeLLFs/PCL基底为HCT-116细胞的检测提供了强大的SERS活性,从而为癌细胞无标记SERS检测提供了良好的应用前景。
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