微流控SERS芯片的設計制備及其在血液鑒別中的應用研究.pdf

1、拉曼光譜反映了樣本分子化學鍵的延伸和彎曲等振動模式的信息，由于其具有穿透力比較強，不受拉曼效應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增強基底，達到增強樣本拉曼信號的目的。生化樣本由于成分復雜，測試時背景熒光嚴重，影響特征峰識別，使得SERS光譜解讀難度非常大，導致目前SERS光譜在生化樣本實際檢測中應用較少。據(jù)此，本研究提出將具有熒光萃滅作用的石墨烯與SERS增強效應優(yōu)異的Au復合

2、設計制作新型SERS增強介質(zhì)，并將其與微流控芯片集成于一體，應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)計方法建立判別模型，為血液種屬鑒別和相關疾病血液樣本快速診斷等提供新的途徑和測試方法。相關研究在拓展拉曼光譜在生化分析中的應用具有明確的研究意義，對疾病診斷、刑偵檢測和進出口檢驗檢疫等領域有著非常好的應用前景。
　　本文的主要研究工作及結(jié)果如下：
　　1.單層石墨烯@Au的復合納米SERS基底設計、制

3、備及測試應用
　　設計了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復合SERS增強基底，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增強和Au優(yōu)良的電磁場增強作用，達到了電磁增強與化學增強的協(xié)同增強效果，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為模板化合物進行性能評價，SⅢ基底對R6G樣本測試檢測限可達到1.00×10-9M，分析增強因子可達4.85×107，對鼠傷寒沙門氏菌、紅細胞、白細胞樣本的測試中，可使SERS信號增強達到100倍。該SERS基底良好的檢測靈敏度和測試重復性，可應用于生物樣本的SERS分析和測試。
　　2.集成Au NPs-SLG-Au NPs復合納米基底的多通道SERS芯片用于人、犬、兔血液鑒別
　　設計并制備了集成SERS納米增強

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管進樣通道，而在ITO玻璃底片上集成制備了Au NPs-SLG-Au NPs復合SERS增強材料。將此芯片應用于人血動物血全血的SERS無損檢測，在優(yōu)化的測試條件下，獲得了35個人血和35個犬血、35個兔血的SERS光譜。將其中30個人血和30個犬血、30個兔血的SERS光譜進行統(tǒng)計分析并建模，得到一個分類正確率為93.33％的數(shù)學模型，并通過未參加建模以外的人血、犬血

6、、兔血各5個進行盲測驗證，達到93.33%的正確率，建立了基于SERS光譜的人血動物血鑒別新方法。同時，結(jié)果顯示人血、動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出口檢驗檢疫等領域獲得應用和推廣。
　　3．集成石墨烯@Au復合SERS基底的微流控SERS芯片用于正常人、肝炎病人血漿鑒別
　　設計并

7、制備了集成石墨烯@Au復合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增強基底，在玻璃表面刻蝕微流體通道和腔體，通過鍵合獲得復合式一體化芯片，用以實現(xiàn)血液樣本分離和在線SERS檢測。將此芯片應用于正常人血漿、肝炎病人血漿的SERS測試中，實現(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個正常人和35個肝炎病人的血漿SERS

8、光譜。將其中36個正常人血和30個肝炎病人血血漿的SERS光譜進行基線校正-主成分分析，建立了一個分類正確率為95.50%的數(shù)學模型，通過對加入建模以外的5個正常人血和5個肝炎病人血進行盲測驗證，正確率達到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，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，肝細胞受損