复杂体系中高可靠性SERS检测新策略及传感分析应用

发布时间：2020-06-10 22:03

【摘要】：表面增强拉曼光谱(Surface-enahanced Raman spectroscopy,SERS)具有高灵敏、高光谱分辨、无水干扰等诸多优势,既能对分析物本体直接检测,又能通过衍生或传感等方式对分析物实现间接检测,是近年来分子光谱领域发展迅猛的一种手段。经过四十余年的积淀与拓展,尤其是随着金银等贵金属纳米粒子增强基底的出现,SERS技术能将其高灵敏、高选择性的优势充分体现到标记与无标记检测、生物传感、细胞成像及活体分析等研究领域中。其研究范围的扩展已从金银等贵金属纳米结构的构建到实用SERS检测器件的研制,从单一组分到复杂体系中多组分检测,从单一细胞无标记成像到多细胞器(分子)多色成像,从离体细胞到动植物活体成像等等。上述研究都表明SERS的应用研究已从原先的分子指纹识别蜕变为具有唯一性识别特征的单一谱带的精确分析。这一发展趋势将更多地吸引分析化学、生物、药学、环境和催化等学科研究者对拉曼光谱这一技术的关注。尽管如此,SERS在各领域的应用还远未达到尽善尽美的程度,还需要从发展实用、定量和可靠的SERS检测技术入手,围绕高重现性增强基底的制备、高辨识度拉曼信号分子的设计与合成以及高选择性检测策略的构建等几个方面多下功夫。基于此,本文提出几种复杂体系中高可靠性SERS传感分析检测的新策略,并将其成功用于实际样品的分析检测,具体研究工作如下:1、作为细菌孢子的生物标志物,批啶二甲酸(Dicarboxylic Pyridine Acid,DPA)的可靠、高灵敏现场检测在当前的生物安全应急系统中仍然是亟待解决且具有挑战性的工作。我们首次使用环境安全的Hg2+作为介导离子,高效络合DPA并即时清除孢子中存在的干扰物质,如酪氨酸、苯丙氨酸、半胱氨酸和DNA等,巧妙利用木瓜蛋白酶修饰的SERS探针和DPA对Hg2+的竞争络合作用,在无需样品前处理的前提下,确保了 DPA可靠、快速和高灵敏的SERS传感检测。2、作为人体健康的重要指标,硫氰酸盐(SCN-)的可靠、高灵敏检测尤为重要。我们成功地将一种拉曼峰位(2208 cm-1)在生物静默区的拉曼信号分子OPE3铆定在Au@Ag纳米粒子的金核表面,其银壳层的表面通过十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的组装和保护,构建了一种超稳定(3个月无变化)和实用的SCN-检测试剂。将其成功用于如体液(唾液、尿液和血清)和食品(奶粉和芸薹属蔬菜)等各类实际样品中SCN-的检测,灵敏度和线性范围等指标远远超过常见的离子色谱和紫外可见分光光度法。3、简便、快速且精确的肿瘤标志物血清学检测对于癌症的诊疗及预后都具有重要的临床意义。SERS的高光谱特异性使得它在多种癌症标志物同时检测方面具有明显优势。我们在课题组前期工作基础上,采用三种窄带单峰的叁键信号分子(拉曼峰位分别位于生物静默区的2105、2159和2227 cm-1)编码了三种抗体偶联的SERS标记探针,利用最简单可靠的抗体(编码的SERS探针)-抗原(目标物)-抗体(磁珠)三明治结构,能同时、无干扰地对肝癌三种典型标志物AFP、CEA和FER进行检测。在此基础上,开展了 43例临床血清样本的对照筛查,发现单一(AFP)、双重(AFP和CEA)和三重标志物(AFP、CEA和FER)筛查癌症的准确率显著上升。该方法简便快捷,其灵敏度上明显优于现有的临床诊断方法。4、碱性磷酸酶(ALP),作为一种生物标志物,其含量异常可以指示骨骼、肾脏、肝脏等部位的病变及某些癌症,在临床诊断方面具有重要的生物学意义。我们提出一种ALP诱导可控聚集的SERS检测方法。Ag+作为媒介,一方面诱导SERS探针形成长度可控的金纳米粒子链;另一方面,同底物共同存在时,通过酶催化作用,Ag+还原成Ag0银簇,造成Ag+的消耗,SERS探针强度发生改变,实现了 ALP的检测。与传统不可控聚集法相比,该ALP的可控SERS检测方法具有很高的可靠性。
【图文】：

细胞成像,金纳米粒子,葡萄糖,探针

逑抵懈呖煽啃裕樱牛遥蛹觳庑虏呗约按鄒蟹治鲇τ茫]3?粒子探针（见图１－２）。由于Ａｐｏ－ＧＯｘ与葡萄糖的亲和能力大于Ａｐｏ－ＧＯｘ与葡逡逑聚糖的亲和能力，葡萄糖加入体系后，会把修饰在ＦＩＴＣ的葡聚糖挤下来而远逡逑离金纳米粒子，ＦＩＴＣ被淬灭的荧光得以恢复，构建了一种高灵敏的葡萄糖传感逡逑器，检出限低至５邋ｎＭ。该传感器细胞毒性小，且用Ａｐｏ－ＧＯｘ取代ＧＯｘ，可以逡逑避免其与葡萄糖作用消耗氧气（0２）产生Ｈ２０２对正常细胞造成损伤，可用于细逡逑胞内的葡萄糖荧光成像［２５］。荧光生化传感分析方法的灵敏度高、检测限低、逡逑选择性好且操作简单，但是发射光谱宽，不利于多组分的同时检测分析［２６］。逡逑虫一您逡逑图１－２邋Ａｐｏ－ＧＯｘ修饰的金纳米粒子探针用于葡萄糖传感以及细胞成像［２５］。逡逑（３）化学发光生化传感分析方法。与荧光不同，化学发光的激发能来源于逡逑化学反应，是在某些氧化还原反应过程中伴随电子得失和能量跃迁产生的光辐逡逑射现象。在常见的化学发光体系中

金纳米粒子,癌胚抗原,鲁米诺,功能化

逑抵懈呖煽啃裕樱牛遥蛹觳庑虏呗约按鄒蟹治鲇τ茫]3?粒子探针（见图１－２）。由于Ａｐｏ－ＧＯｘ与葡萄糖的亲和能力大于Ａｐｏ－ＧＯｘ与葡逡逑聚糖的亲和能力，葡萄糖加入体系后，会把修饰在ＦＩＴＣ的葡聚糖挤下来而远逡逑离金纳米粒子，ＦＩＴＣ被淬灭的荧光得以恢复，构建了一种高灵敏的葡萄糖传感逡逑器，检出限低至５邋ｎＭ。该传感器细胞毒性小，且用Ａｐｏ－ＧＯｘ取代ＧＯｘ，可以逡逑避免其与葡萄糖作用消耗氧气（0２）产生Ｈ２０２对正常细胞造成损伤，可用于细逡逑胞内的葡萄糖荧光成像［２５］。荧光生化传感分析方法的灵敏度高、检测限低、逡逑选择性好且操作简单，但是发射光谱宽，，不利于多组分的同时检测分析［２６］。逡逑虫一您逡逑图１－２邋Ａｐｏ－ＧＯｘ修饰的金纳米粒子探针用于葡萄糖传感以及细胞成像［２５］。逡逑（３）化学发光生化传感分析方法。与荧光不同，化学发光的激发能来源于逡逑化学反应，是在某些氧化还原反应过程中伴随电子得失和能量跃迁产生的光辐逡逑射现象。在常见的化学发光体系中
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O657.37;TP212

【参考文献】