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生物辅酶广泛参与胞内的能量代谢、线粒体响应、基因转录、钙离子稳态、细胞分裂、细胞凋亡以及致癌作用等多种氧化还原过程。因此,深入研究这些辅酶是一个重要的科学问题。传统的生化检测技术主要有高效液相色谱,气相-质谱联用色谱,毛细管电泳,以及酶循环表达等方式,诚然,这些方法具有很高的检测精度,但是测试前需要复杂繁琐的样品预处理,比较费时费力,可能会污染环境。尤其是对一些具有生物活性的辅酶来说,样品预处理过程极有可能影响到它们原有的活性。目前,以金／银为代表的贵金属纳米材料表现出优异的光学、电磁学、力学以及催化等多种特性,现己在生物材料传感方面得到广泛的应用。本论文利用新型银纳米颗粒／纳米团簇,结合表面增强拉曼和荧光光谱两大精密光谱技术,研究生物辅酶与纳米材料的精密光谱特性,不但成功解决生物辅酶(FAD,NAD+/NADH)的灵敏检测问题,而且,从理论和实验两方面对辅酶与新型银纳米材料之间的作用机制问题进行了深入探讨,并提出了一些新的观点和看法。论文主要研究内容如下：1.利用密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)对芳香族分子(FAD, NAD+/NADH,荧光素／荧光素钠)进行理论计算,得到这些分子的拉曼光谱特征信息,为后续分析实验测得的SERS光谱信号提供正确依据。以高分子材料聚苯乙烯磺酸钠(PSSS)为模版剂,制备PSSS-templated Ag NPs,这种银纳米颗粒作为SERS基底,通过π-π相互作用实现对多元环芳香族辅酶分子(FAD,NAD+/NADH)的灵敏检测。与Creighton银纳米球相比,PSSS-templated AgNPs有多个优点,例如,稳定性好、拉曼背景基底信号弱以及制备工序简单等特点。此外,PSSS-templated Ag NPs作为SERS基底还具有普适性,可以解决一大类多元环芳香族分子(FAD,NAD+/NADH,荧光素/荧光素钠)的灵敏检测问题,其中分子对NAD+/NADH和荧光素/荧光素钠的探测浓度分别达到10 nM和10 pM。2.采用FAD作为探测分子,研究π-π堆积作用和范德华力对表面增强拉曼散射信号的影响。我们分别制备出苯乙硫醇和正戊硫醇修饰的SERS基底,它们分别以π-π堆积作用和范德华力的方式吸附生物分子FAD。测量的SERS结果表明,基于ππ-π堆积作用方式增强的FAD表面增强拉曼信号优于范德华力。此外,高信噪比的SERS光谱还证明了π-π堆积作用要比范德华力强一些。然而,苯乙硫醇基修饰的SERS基底具有较强的拉曼背景干扰,因此,它不适宜用于芳香族分子FAD的SERS探测,这也从侧面说明了PSSS-templated AgNPs具有的优点。3.在超低探测浓度下,研究生物分子FAD通过π-π堆积作用诱导PSSS-templated Ag NPs出现二聚体的现象。生物分子FAD拥有两个芳香族官能团,这两个基团能通过π-π堆积作用吸附两个相邻的银纳米颗粒,进而形成一个纳米颗粒二聚体。纳米颗粒二聚体可以提供很好的电磁增强热点(hotspots),这些增强热点确保了生物辅酶FAD的SERS信号能得到有效的放大。基于原子力显微镜观察到二聚体存在的形态大小,利用离散偶极近似法(Discrete Dipole Approximation, DDA)对二聚体周围的电场进行模拟计算,估计其电磁增强效应,DDA模拟结果显示,电磁增强因子接近109量级。4.实验结果发现,PSSS-templated Ag NPs对多元环芳香族分子(色氨酸双肽、荧光素／荧光素钠、FAD、NAD+/NADH)有很好的增强效果,然而,对于单环芳香族分子(苯、甲苯、色氨酸)来说,它们的SERS效果不是那么理想。我们认为,PSSS-templated Ag NPs与芳香族分子之间的π-π相互作用能减弱芳香环的拉曼信号强度。具体解释如下：对于单元环芳香族分子来说,π-ππ相互作用减弱了其芳香环的拉曼信号强度,因此,我们测不到单元环芳香族分子的信号；对于多元环芳香族分子来说,被PSSS-templated Ag NPs吸附的那些芳香环的拉曼信号得到减弱,而所测得的SERS光谱则是来自邻近芳香环的拉曼振动信号。此外,我们通过DFT理论模拟芳香族分子二聚体(C6H6-C6F6)验证了我们提出的上述观点。5.NAD+与NADH具有相似的分子结构,因而它们的SERS光谱也具有相似性,PSSS-templated Ag NPs作为SERS基底并不能通过SERS光谱的差异有效区分NAD+和NADH。为了解决这个问题,我们制备了巯基乙胺修饰的荧光银纳米团簇,该团簇有一个位于550 nm的荧光发射。生物辅酶分子NAD+拥有丰富的π电子系统,因而它作为配体对巯基乙胺修饰的银纳米团簇进行二次刻蚀,产生一个新的荧光发射峰(395nm)。通过测量双波长荧光发射强度比值(I395/I550)可以实现对NAD+的含量以及NAD+/NADH不同比值的标定。