表面增强拉曼散射(SERS)分析是以拉曼散射为基础建立起来的分析表征技术。由于其高探测灵敏度、高分辨率、水干扰小、可猝灭荧光、稳定性好等优点,SERS逐渐在生物学、诊断学、医学、材料科学、分析科学以及表面科学的研究中得到了广泛应用,显示了光明的发展前景。本文主要从事SERS在生化分析领域的应用研究,针对当前SERS技术在生物检测方面中的前沿问题,从此领域的现状出发,结合新颖的识别元素,提出了一系列操作简便、选择性好、精确性高的生物传感技术,初步验证了这些技术的实用性;同时,针对制备SERS标记物中存在的焦点和难点问题,结合SERS机理和本实验室相关研究工作成果,设计并制备了一系列新型SERS标记物,对其性能做了较为全面的考察;利用SERS机理中距离效应理论,设计了相关实验,对金属纳米颗粒表面能量转移(NSET)光谱关系规则进行了考察。具体内容如下:1.基于核酸适体的SERS传感器的构建以及应用研究在第二章中,我们首次将核酸适配体(aptamer)之间特异性的强相互作用和SERS结合起来,设计了两种新型传感器并用于小分子的检测,既拓宽了SERS在生化分析领域的应用范围,也提高了对目标物的检测灵敏度。(1)我们开发了一种基于构象变化核酸适配体的“无试剂”型SERS传感器用于对小分子的直接检测。实验中,以Ag纳米颗粒为增强基底,在构建传感界面的过程中引入了分子印迹类型的组装方法,使用模板将aptamer更有效地组装到SERS基底上。检测过程简便省时,传感器再生性能良好,具有优良的选择性。与已经报道的“无试剂”型SERS信标相比,我们使用了更加灵敏的信号增大的设计。以可卡因为目标分子,利用此传感器可以测到1μM的目标物,结果令人满意。(2)为了改善SERS适体传感器的灵敏度,我们将目标导致链置换型适体引入SERS传感器的构建中。以Au@Ag核壳纳米颗粒为增强基底设计了一种更加灵敏的传感方案,并将其应用于对腺苷的检测。该传感器具有较好的选择性和再生性,而且在优化了的实验条件下,在目标物浓度从2.0×10-8 M到2×10-6 M范围内建立了校正曲线,检测下限为1.0×10-8 M。与一般基于构型变化直接检测的适体传感器相比,灵敏度显著提高。我们先后将两种构型的核酸适体与SERS技术结合,设计出了具有简便、快速、灵敏等优点的新型传感器,揭示了SERS技术在aptamer传感设计中的巨大潜力。2.基于拉曼染料和抗体双标记的SERS探针凝集的免疫分析在第三章中,我们在纳米金颗粒表面修饰了拉曼染料和抗体来检测对应抗原。纳米金颗粒表面的抗体与待测抗原发生免疫反应而引起纳米金颗粒的凝集,从而导致拉曼活性分子的SERS效应增强。使用人IgG为模型目标物,在0.1μg/mL到15μg/mL的范围内可以得到一条典型的动态响应曲线。该方法为一步均相分析方法,与传统的非均相SERS免疫分析方法相比,操作简单,快速省时,有望成为免疫凝集分析的一种新方法。3.新型核壳纳米颗粒SERS标记物的制备及性质研究在第四章中,我们采用两种新型的合成方法分别制备了Au@SiO2核壳SERS标记物和以团聚金纳米颗粒为核,多聚-L-赖氨酸保护的SERS标记物。(1)针对在制备金属为核、二氧化硅为壳的纳米颗粒SERS标记物中存在的难点问题,采用改进的合成方法制备了包埋有染料的Au@SiO2核壳SERS标记物。制得的颗粒分散良好,性质稳定,表面易通过氨基硅烷化试剂修饰氨基。该方法简单快速,无需特殊设备,成功率高,且不需要带氨基或带巯基硅烷化试剂作为偶联剂,有望成为一种简便合成SERS标记物的新方法。(2)结合经典SERS理论,制备了一种以团聚金纳米颗粒为核,多聚-L-赖氨酸为壳的SERS标记物。该方法依据聚合物与金纳米颗粒之间的静电作用,引发纳米金的团聚并对团聚体起到保护作用。与以单个金纳米颗粒为增强基底的SERS标记物相比,该颗粒SERS强度有了明显的提高。而且颗粒外层的多聚-L-赖氨酸中富含氨基,易于生物标记,在用于超灵敏的生物检测中有很好的前景。4.SERS距离效应用于金属纳米颗粒表面能量转移(NSET)光谱规则可靠性研究在第五章中,利用SERS机理中较为成熟的距离强度效应,以Ag@Au核壳纳米颗粒与罗丹明6G为研究模型,对目前仍存在争议的纳米金属表面能量转移效率与距离关系法则(NSET)进行了考察,展示了SERS理论研究方面工作需要进一步深入展开。