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表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering,SERS)技术常用来探测物质分子的结构信息,被称为“指纹谱”。SERS技术在保持常规拉曼光谱检测优势的同时,也克服了后者信号强度低的缺陷。微生物发酵技术作为工业上化学制品生产的重要技术,受到各领域学者的广泛关注。基于SERS技术在痕量物质检测和生物领域检测的广阔应用前景,本课题通过制备性能良好的SERS基底底来实现对发酵过程物质的快速定量检测。本课题中采用两种不同类型的SERS基底,分别是银纳米颗粒(Ag Nan oparticles,Ag NPs)原位生长在硅纳米线阵列(Si Nano wire Array,SiNWA)的Ag/SiNWA结构(Ag Nanoparticles/Si Nanowire Array)以及Ag溶胶。由于在实际的微生物发酵体系一般较为复杂,其中的生物分子的种类往往较多,会导致SERS测试中荧光背景较高,使得物质信号被淹没,不利于实现SERS技术定量分析,因而需要对此进行针对性的处理,经文献调研本课题采用循环滚动滤波法(Rolling-Circle Filtering,RCF)对检测到的SERS光谱的背景噪声信号进行消除。随后利用SERS技术对以下三种微生物发酵过程进行检测研究:好氧型S-腺苷蛋氨酸(S-Adenosy-L-Methionine,SAM)发酵,厌氧型 1,3-丙二醇(1,3-Propanediol,1,3-PDO)发酵以及兼性厌氧型乳酸(Lactic acid,Lac)发酵。针对SAM发酵产物的检测,本课题组通过对浓度系列样品进行SERS检测,以2920 cm-1处的拉曼特征峰建立其定量检测关系曲线,来计算SAM浓度,实现对SAM的检测。同时为了验证其在发酵过程中的适用性,又以高效液相色谱法(High performance liquid chromatography,HPLC)的检测结果做对比,相对误差小于13%,表明SERS技术对于SAM发酵过程生物分子的检测具有较高准确度。在此基础上,课题组又对以甘油(Glycerol,GLY)为碳源,1,3-PDO为主产物,Lac为副产物的厌氧型发酵体系进行了检测。通过分析三种物质的拉曼光谱图,发现1,3-PDO及Lac均具有独立的拉曼特征峰,可以直接对这两种物质进行定量检测;GLY虽没有独立的特征峰,但通过对三种物质的拉曼光谱进行标准化处理,可以对共有的特征峰(～2920 cm-1)建立GLY的线性定量关系,通过差分反演方法计算GLY的浓度,相对误差更是小于20%,进而实现了对该发酵过程中三种物质的快速定量检测。随后本课题组又将建立好的定量关系应用到实际发酵液的检测中,与HPLC的测试结果做对比,相对误差小于15%,检测限低至1 g/L,结果能够满足实际发酵体系中对1,3-PDO的浓度检测要求。最后课题组对兼性厌氧型同型Lac发酵体系进行了检测,以GLY为供给物,Lac为产物,利用其各自的特征峰建立了定量关系,并对实际发酵体系的物质浓度进行检测,通过与HPLC结果对比,确认其相对误差小于20%。系统研究表明SERS技术在微生物发酵过程检测方面具有良好的工业应用前景,这也是本课题组下一步的研究重点。