微流控SERS芯片的設(shè)計(jì)制備及其在血液鑒別中的應(yīng)用研究.pdf

1、拉曼光譜反映了樣本分子化學(xué)鍵的延伸和彎曲等振動(dòng)模式的信息，由于其具有穿透力比較強(qiáng)，不受拉曼效應(yīng)很弱的水的干擾等優(yōu)勢，特別適合生化樣本的快速、無損檢測。但是普通拉曼光譜信號弱，常借助SERS增強(qiáng)基底，達(dá)到增強(qiáng)樣本拉曼信號的目的。生化樣本由于成分復(fù)雜，測試時(shí)背景熒光嚴(yán)重，影響特征峰識別，使得SERS光譜解讀難度非常大，導(dǎo)致目前SERS光譜在生化樣本實(shí)際檢測中應(yīng)用較少。據(jù)此，本研究提出將具有熒光萃滅作用的石墨烯與SERS增強(qiáng)效應(yīng)優(yōu)異的Au復(fù)合

2、設(shè)計(jì)制作新型SERS增強(qiáng)介質(zhì)，并將其與微流控芯片集成于一體，應(yīng)用于不同物種血液樣本以及臨床疾病血液樣本的檢測和鑒別，結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法建立判別模型，為血液種屬鑒別和相關(guān)疾病血液樣本快速診斷等提供新的途徑和測試方法。相關(guān)研究在拓展拉曼光譜在生化分析中的應(yīng)用具有明確的研究意義，對疾病診斷、刑偵檢測和進(jìn)出口檢驗(yàn)檢疫等領(lǐng)域有著非常好的應(yīng)用前景。
　　本文的主要研究工作及結(jié)果如下：
　　1.單層石墨烯@Au的復(fù)合納米SERS基底設(shè)計(jì)、制

3、備及測試應(yīng)用
　　設(shè)計(jì)了ITO@Au NPs-SLG（SⅠ）、ITO@SLG-Au NPs（SⅡ）和ITO@Au NPs-SLG-Au NPs（SⅢ）三種單層石墨烯@Au復(fù)合SERS增強(qiáng)基底，對同濃度的R6G測試結(jié)果顯示SⅢ基底具有最好的SERS增強(qiáng)效果，結(jié)合基底SEM圖分析，該基底結(jié)合了石墨烯較好的化學(xué)增強(qiáng)和Au優(yōu)良的電磁場增強(qiáng)作用，達(dá)到了電磁增強(qiáng)與化學(xué)增強(qiáng)的協(xié)同增強(qiáng)效果，石墨烯的加入還增加了基底的背景熒光萃滅作用和生物相容性。

4、以R6G為模板化合物進(jìn)行性能評價(jià)，SⅢ基底對R6G樣本測試檢測限可達(dá)到1.00×10-9M，分析增強(qiáng)因子可達(dá)4.85×107，對鼠傷寒沙門氏菌、紅細(xì)胞、白細(xì)胞樣本的測試中，可使SERS信號增強(qiáng)達(dá)到100倍。該SERS基底良好的檢測靈敏度和測試重復(fù)性，可應(yīng)用于生物樣本的SERS分析和測試。
　　2.集成Au NPs-SLG-Au NPs復(fù)合納米基底的多通道SERS芯片用于人、犬、兔血液鑒別
　　設(shè)計(jì)并制備了集成SERS納米增強(qiáng)

5、材料的微流控多通道SERS芯片，該芯片的PDMS蓋片上制備了多條毛細(xì)管進(jìn)樣通道，而在ITO玻璃底片上集成制備了Au NPs-SLG-Au NPs復(fù)合SERS增強(qiáng)材料。將此芯片應(yīng)用于人血?jiǎng)游镅腟ERS無損檢測，在優(yōu)化的測試條件下，獲得了35個(gè)人血和35個(gè)犬血、35個(gè)兔血的SERS光譜。將其中30個(gè)人血和30個(gè)犬血、30個(gè)兔血的SERS光譜進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并建模，得到一個(gè)分類正確率為93.33％的數(shù)學(xué)模型，并通過未參加建模以外的人血、犬血

6、、兔血各5個(gè)進(jìn)行盲測驗(yàn)證，達(dá)到93.33%的正確率，建立了基于SERS光譜的人血?jiǎng)游镅b別新方法。同時(shí)，結(jié)果顯示人血、動(dòng)物血的差異特征峰大部分歸屬于核酸堿基和氨基酸，這與理論上人與動(dòng)物血液差異較大的是DNA、RNA、蛋白質(zhì)等結(jié)果相符。所建立的血液SERS芯片分析測試新方法，可望在刑偵檢測和進(jìn)出口檢驗(yàn)檢疫等領(lǐng)域獲得應(yīng)用和推廣。
　　3．集成石墨烯@Au復(fù)合SERS基底的微流控SERS芯片用于正常人、肝炎病人血漿鑒別
　　設(shè)計(jì)并

7、制備了集成石墨烯@Au復(fù)合SERS基底的微流控SERS芯片，該芯片通過在PDMS蓋片上嵌入集成ITO@Au NPs-SLG-Au NPs SERS增強(qiáng)基底，在玻璃表面刻蝕微流體通道和腔體，通過鍵合獲得復(fù)合式一體化芯片，用以實(shí)現(xiàn)血液樣本分離和在線SERS檢測。將此芯片應(yīng)用于正常人血漿、肝炎病人血漿的SERS測試中，實(shí)現(xiàn)血液樣本無損檢測和快速鑒別。在優(yōu)化的血液分離條件和SERS測試條件下，測試得到了41個(gè)正常人和35個(gè)肝炎病人的血漿SERS

8、光譜。將其中36個(gè)正常人血和30個(gè)肝炎病人血血漿的SERS光譜進(jìn)行基線校正-主成分分析，建立了一個(gè)分類正確率為95.50%的數(shù)學(xué)模型，通過對加入建模以外的5個(gè)正常人血和5個(gè)肝炎病人血進(jìn)行盲測驗(yàn)證，正確率達(dá)到90.00%，建立了基于SERS光譜的正常人血和肝炎病人血漿鑒別新方法。同時(shí)，結(jié)果顯示大部分病人SERS光譜特征峰升高的部分來源于丙氨酸等氨基酸，降低的部分來源于球蛋白等蛋白質(zhì)，這與理論上肝功能損傷轉(zhuǎn)氨酶升高引起氨基酸升高，肝細(xì)胞受損