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表面增强拉曼散射(Surface-Enhanced Raman Scattering,SERS)是一种具有广泛应用潜力的振动光谱技术,可以对贵金属表面或附近的分子进行无损和超灵敏表征。基于其单分子水平灵敏度和指纹谱特征,SERS已经广泛应用于表面科学、食品安全、和化学分子、蛋白、细菌、甚至细胞检测领域。根据SERS增强机制,贵金属纳米尖端或间隙中的电磁场发生共振耦合,电磁场强度得到局部增强,形成热点结构,可对位于热点结构中的拉曼报告分子产生极大的电磁增强。热点效应增强是SERS增强的主要贡献。本文从实验和理论仿真方面研究了SERS热点增强效应的理论规律;使用金膜基底、硅壳磁珠、银壳磁珠作为SERS免疫检测基底,实现了多种基于热点结构的高灵敏度SERS免疫检测方法;重点解决SERS免疫检测基底目前存在的关键问题。主要研究内容如下:1、制备了一种纳米银热点结构,并研究了其SERS热点增强效应。这种纳米银热点结构使用超薄硅壳作为间隔,以在银核与银卫星之间产生可控的纳米间隙。为了制备这种纳米结构,里层为吸附了拉曼报告分子的60 nm左右大小的银核,中间夹层为2.0-6.5 nm的二氧化硅壳层作为纳米间隙,最外层为使用正丁胺在其表面原位还原的银颗粒作为卫星粒子。我们通过实验及三维时域有限元差分算法,研究了不同纳米间隙及还原的不同大小银颗粒对SERS热点增强效应的影响。其SERS增强能力达到最大时,相对于单纯的吸附了PATP的AgNPs@SiO2核壳结构,信号增强了14.6倍,采用三维时域有限元差分算法仿真计算其最大局域增强系数达到9.5×105。2、建立了金膜基底SERS免疫检测方法。使用抗体偶联修饰的金膜基底、金核银壳纳米粒子Au@AgNPs分别作为SERS免疫检测检测基底和SERS tags。当待测溶液中存在目标蛋白时,金膜基底与Au@AgNPs形成三明治夹心免疫复合物,并通过局域电磁场共振耦合产生热点结构,电磁场得到增强,SERS信号也即得到增强。据此原理,对HBsAg的检测限为66.87 pg/mL,线性范围为250 pg/m L至150 ng/m L。3、建立了硅壳磁珠基底SERS免疫检测方法。采用溶剂热合成法制备Fe3O4超顺磁珠,水解正硅酸乙酯包被二氧化硅壳层,然后偶联了抗体作为SERS免疫检测基底。抗体偶联修饰的硅壳磁珠基底通过磁免疫分离富集待测溶液中的目标蛋白,然后再与Au@AgNPs SERS tags形成三明治夹心免疫复合物。据此原理,对HBsAg的检测限为4.72 pg/m L,线性范围为10 pg/mL至25 ng/mL。4、建立了银壳磁珠基底高灵敏度SERS免疫检测方法。使用捕获抗体偶联修饰的银壳磁珠作为目标蛋白富集和SERS信号增强基底。金纳米棒AuNRs包覆了一层银薄壳以调整其吸收峰与近红外共振拉曼报告分子DTTC和激发光波长785 nm产生共振耦合。在金核银纳米棒Au@AgNRs表面偶联了抗体,并作为SERS tags。免疫复合物中的银壳磁珠和Au@AgNRs形成热点结构,位于热点区域的DTTC分子的SERS信号得到了显著增强。此SERS免疫检测方案对CEA的检测限为4.75 fg/m L,在10 fg/mL至100 ng/m L CEA浓度范围内具有良好的线性响应关系。本研究采用金膜基底、硅壳磁珠、银壳磁珠建立了三种基于热点效应的SERS免疫检测新方法,以HbsAg和CEA为例,验证了该方法的可行性及优势,为高灵敏度疾病诊断提供了一种新策略。