功能化SERS基底的制备及其用于分析检测和生物传感

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作为一种强大的分析工具,表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)光谱因其高灵敏度、原位和无损分析而受到广泛的关注,SERS可以提供分子的化学结构信息,甚至可以实现单分子检测。目前SERS定量中主要存在的问题是如何制备出具有高致密热点区域的SERS基底,并使分子进入有效热点区域。由于单一的贵金属纳米粒子难于实现功能化,因此越来越多的研究方向集中于制备复合型功能化的SERS基底。本论文制备了两种覆盆子状的核-卫星结构的SERS基底,一种是以共价有机骨架(covalent organic frameworks,COFs)为核心,金纳米粒子(Au NPs)自组装至其表面得到的SERS基底COFs-Au NPs,另一种是由核心为包裹有染料分子的二氧化硅小球(Si O2 NSs)和免疫SERS标签修饰的外壳组成的双功能SERS基底F-Si O2-Au/Ag。主要的研究如下:1.通过表面带正电荷的COFs与带负电荷的Au NPs之间的静电相互作用,制备了具有良好SERS性能的三维(3D)自组装基底COFs-Au NPs并成功应用于不同海鲜产品中的孔雀绿(malachite green,MG)以及几种果汁中的福美双(thiram)残留分析。具有大表面积球形结构的SERS基底可以在检测中提供更多的活性吸附位点,并提高COFs-Au NPs基底上的样品富集效率。对于MG和thiram,其线性范围分别为1.0×10-9 mol·L-1-1.0×10-6 mol·L-1和5.0×10-8mol·L-1-1.0×10-5 mol·L-1,覆盖3个数量级,且均具有良好的线性相关系数(R~2≥0.995)。MG和thiram的检出限(LOD)分别为6.2×10-10 mol·L-1和1.7×10-8mol·L-1。COFs-Au NPs基底用于分析海产品中的MG和不同果汁中的thiram,MG的加标回收率为94.67%-108.99%,thiram的加标回收率为95.00%-107.58%,相对标准偏差(RSD)均低于5.88%。所开发的COFs-Au NPs基底有望用于食品中有害物残留的分析与检测。2.盐酸二甲双胍(metformin hydrochloride,MH)和罗格列酮(rosiglitazone hydrochloride,RH)是两种不同类型的抗糖尿病药物,其降低血糖水平的途径不同。对于患有乳腺癌的糖尿病患者来说,降糖药物是否会带来副作用是一个需要回答的问题。本工作构筑了一种SERS/荧光双模式纳米探针,从表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR,癌症的重要生物标志物)的表达水平角度评估抗糖尿病药物作用。该纳米探针为覆盆子状的核壳纳米球(约340±10nm),其由包裹有染料的Si O2 NSs核和免疫SERS标签修饰的外壳组成,具有荧光性能和SERS活性。通过实时荧光成像和SERS测量实现了细胞膜表面EGFR的定量和原位分析,也用于跟踪药物作用后的EGFR动态表达。本研究表明RH可能是患有乳腺癌的糖尿病患者的潜在药物,而MH可能不适合上述患者,因为MH可以促进乳腺癌细胞(MCF-7)的EGFR表达。同时,双模传感平台的成功构筑为高灵敏度、准确识别癌细胞标志物提供了更多可行性。总之,这两种功能化的基底拓展了SERS在分析检测和生物传感中的应用,并且这为SERS应用场景多元化提供了借鉴。
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