光学微球谐振腔增强光谱信息检测及应用

发布时间：2020-08-04 08:14

【摘要】：近年来,光谱信息检测技术已经成为生物、医药、环境、农业、材料以及食品安全等领域分析物质结构及成分的一种重要手段。但往往还需要采取一些增强光谱信息的手段来实现对微弱光谱信号的测试及分析。为此本论文提出了一种基于光学微球谐振腔的结构来研究增强光谱信息的方法。光学微球谐振腔是一种品质因数极高的形状为球形的光学谐振腔,其极高的品质因数代表着光学微球谐振腔的储存光的能力极强,且由于其球形的形状可以提高光学微腔的聚光能力,使得光谱信息可以更好地耦合进腔内后继而被输出并收集。此外为使光学微球谐振腔实现增强光谱信息的目的,本论文提出一种在光学微球谐振腔表面修饰银纳米颗粒的方法。在扫描电子显微镜(SEM)下观察到微球腔表面修饰的银纳米颗粒大部分形状为近似圆形,直径尺寸范围约为40~100 nm。本论文中主要研究光学微球谐振腔对荧光信息以及拉曼光谱信息的增强作用,用于光谱信息测试的样品为罗丹明6G(R6G)溶液。通过对荧光光谱的测试分析得知微球谐振腔探针表面修饰银纳米颗粒后荧光得到极大地增强。通过对拉曼光谱的测试分析得到以下结论:(1)、修饰有银纳米颗粒的微球谐振腔探针的拉曼光谱信息在微球谐振腔探针直径为200μm左右时测试效果最佳;(2)、修饰有银纳米颗粒的微球谐振腔探针可被用于检测微弱拉曼光谱信息,检测极限达到10~-1212 mol/L;(3)、修饰有银纳米颗粒的微球谐振腔探针重复性不好,经计算得到其标准误差约为65%;(4)、修饰有银纳米颗粒的微球谐振腔探针稳定性不好,长时间放置后探针的增强特性会失效。为了提高修饰有银纳米颗粒的微球谐振腔探针的重复性以及稳定性,本论文提出一种在微球谐振腔探针表面包覆具有良好生物相容性、化学性质不活泼等特性的光学透明且疏水物质parylene-C薄膜的方法。在微球谐振腔探针表面包覆parylene-C薄膜可以在不影响探针表面银纳米颗粒的增强光谱信息的作用外,保护银纳米颗粒不被氧化以及减少探针每次使用后R6G溶液的吸附。通过测试分析,在微球谐振腔探针表面包覆50 nm厚度的parylene-C之后,微球谐振腔探针的重复性得到了提升,经计算其标准误差约为1%。且微球谐振腔探针的稳定性也得到了提升。优化后的微球谐振腔探针可被应用于微弱光谱信号的测试,本论文利用该探针对部分食物(例如:瓜子、橙汁、鱼肉以及辣椒)中微量食品添加剂的存在展开了测试分析。测试结果表明,瓜子中含有微量甲基橙食品添加剂,橙汁中含有微量甲基橙食品添加剂,鱼肉中含有微量甲基橙以及结晶紫食品添加剂,辣椒中含有微量结晶紫以及罗丹明食品添加剂,这说明微球谐振腔探针可以被用来检测食物中微量食品添加剂的成分。而且利用放置一个月的微球谐振腔探针测试瓜子和橙汁,结果与一个月前没有差别,这个结果说明微球谐振腔探针表面包覆parylene-C后提高了探针稳定性。总体说来,本论文中提出的修饰有银纳米颗粒的微球腔探针可用于增强微弱光谱信号,此外优化后的微球腔探针重复性以及稳定性得到了提高。且利用该结构可以检测分析食物中微量食品添加剂的成分。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH744.1
【图文】：

示意图,表面增强,球蛋白,金纳米颗粒

中北大学学位论文检测标记的方法进行了探索，制备合成了由厚度为 10nm 的100nm 金纳米颗粒构成的壳分离的金纳米颗粒（Au-SHIN），）最外面的薄荧光层，然后其进一步被 5 nm 厚度的二氧化硅 1.1 所示。利用抗体对最外层的二氧化硅壳进行功能化修饰，浓度极限达到 10 ng mL-1，此外通过检测分析 Camacho S A荧光强度和免疫球蛋白-M 浓度之间存在着线性相关性[17]。

示意图,表面增强拉曼散射,表面增强,硫代乙醇酸

代乙醇酸的）修饰有 CdS 量子点（QD）的 Ag @ SiO2表面增强拉增强拉曼散射（SERS）和表面增强荧光（SEF）效应用于抗原-抗功能生物传感器的制备原理示意图[18]如：金、银）构成的纳米级别结构在入射光的激发下的振荡生局域表面等离子体激发效应。根据此效应，Damm S 等人沉积方法制备了自组装 Au 纳米棒阵列基底，将此基底嵌入构如图 1.3 所示，利用此结构对罗丹明 6G 分子的表面增强拉光（SEF）效应展开了研究分析，DammS 等人得到了如下结变氧化铝模板的厚度，发现表面增强拉曼散射（SERS）和存在着反比关系；由于纳米棒的不均匀等离子体活性，SER的蚀刻时间之间的非线性响应关系；通过建立不同刻蚀时间纳米棒的非均匀等离子体活性并解释了 SERS 和 SEF 的非线厚度的优化，不仅可以使 SERS、SEF 效应达到最优化，也

形貌,扫描电子显微镜,阵列,形貌

1.3 由扫描电子显微镜的表征金纳米棒阵列形貌图也针对荧光光谱及拉曼光谱信息的增强方法展的唐军等人制备了一种用作极高灵敏度的生物构光栅，其主要制备方法为在预应变的聚二m 的 Ag 薄膜，并在释放 PDMS 之后，由于作形成了 Ag 薄膜皱褶和尖端结构，如图 1.4 所可以在银薄膜褶皱尖端观察到极强的拉曼光谱构检测结晶紫（CV）溶液以及罗丹明 6G（理，此结构中的银薄膜也可以利用 Au、Ni供更多选择，同时也可将褶皱结构与微流控等谱信息的检测[30]。

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