表面增強(qiáng)拉曼光譜學(xué)理論研究及其在免疫檢測(cè)中的應(yīng)用.pdf

1、表面增強(qiáng)拉曼現(xiàn)象（SERS）自1974年被Fleischmann等首次報(bào)道以來，相關(guān)的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究一直是一個(gè)研究熱點(diǎn)。SERS是吸附于銀、金、銅粗糙表面的分子產(chǎn)生的特殊物理化學(xué)效應(yīng)，多數(shù)分子SERS譜和普通拉曼譜差別較大，因此SERS光譜可用于研究分子-界面相互作用。SERS結(jié)合金納米標(biāo)記方法用于免疫檢測(cè)的研究于1989年由Rohr等首次報(bào)道，近年來已成為一個(gè)應(yīng)用熱點(diǎn)。本論文系統(tǒng)地開展了SERS與DFT。結(jié)合的理論基礎(chǔ)研究和SER

2、S免疫標(biāo)記應(yīng)用的初步探索研究。
　　 利用量子化學(xué)計(jì)算通過模擬分子和金屬原子或表面的相互作用，研究拉曼光譜的增強(qiáng)機(jī)理、分子的吸附取向、協(xié)助光譜歸屬等已成為近年來的研究熱點(diǎn)。本論文討論的亞甲基藍(lán)（MB）是一種具有極好SERS效應(yīng)的分子，常用作表征納米材料的SERS效果的探針分子。我們?cè)跈z測(cè)MB在銀膠體中的SERS譜時(shí)發(fā)現(xiàn)：在高低不同的濃度下，MB的SERS譜差別較大。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)MB不同吸附時(shí)間的SERS譜表現(xiàn)出明顯的連續(xù)變化

3、。本項(xiàng)研究獲得了不同濃度下MB溶液在銀溶膠中的表面增強(qiáng)拉曼散射光譜。根據(jù)表面增強(qiáng)拉曼的選擇定則，可以判斷：較高濃度下，MB分子主要是以較為“直立”的方式吸附于納米粒子表面，這增強(qiáng)了來自C-S-C對(duì)稱伸縮振動(dòng)的448 cm-1峰和包含C-H面內(nèi)彎曲振動(dòng)的1029cm-1峰，而與C-H面外彎曲振動(dòng)有關(guān)的657、688、801、1003 cm-1等處峰強(qiáng)沒有增強(qiáng)，因此峰強(qiáng)較弱；較低濃度下，MB分子主要是以較為“傾斜”或“平躺”的方式化學(xué)吸附于

4、納米粒子表面，這減弱了譜峰448 cm-1和1029 cm-1，增強(qiáng)C-H面外彎曲振動(dòng)，使657、688、801、1003cm-1等處峰強(qiáng)增加。應(yīng)用密度泛函方法（DFT）在B3LYP/6-31+G*和LANL2DZ基組水平上對(duì)亞甲基藍(lán)陽離子（MB+）及MB+與Ag原子形成的不同構(gòu)型體系進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和頻率計(jì)算。實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算結(jié)果表明，MB+有可能通過N-Ag、S-Ag與Ag原子形成兩種較強(qiáng)的吸附構(gòu)型。電荷布居分析表明，與S原子相比，芳香環(huán)

5、上的N原子更易與銀原子發(fā)生相互作用。
　　 由于水分子的拉曼截面很小，拉曼光譜適合于水環(huán)境的檢測(cè)。同時(shí)，SERS具有極高的檢測(cè)靈敏度，特殊條件下甚至可以達(dá)到單分子和單納米粒子的檢測(cè)，使得SERS廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)領(lǐng)域。在生物技術(shù)領(lǐng)域，SERS結(jié)合金納米標(biāo)記方法用于免疫檢測(cè)是一個(gè)研究熱點(diǎn)。該方法將具有強(qiáng)拉曼信號(hào)的標(biāo)記分子和抗原/抗體蛋白分子吸附于納米金表面，通過拉曼譜儀檢測(cè)標(biāo)記分子的SERS信號(hào)，以達(dá)到示蹤抗原/抗體的目的。相比其

6、他免疫檢測(cè)方法，SERS標(biāo)記免疫檢測(cè)具有高靈敏度、高光譜選擇性，特別適合分子識(shí)別、藥物篩選、生物靶向等生物醫(yī)藥領(lǐng)域。但是，SERS免疫檢測(cè)尚未形成比較穩(wěn)定可靠的檢測(cè)流程，在可靠性方面還未達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求。本論文第二部分開展了優(yōu)化SERS標(biāo)記免疫技術(shù)步驟和流程的初步探索，嘗試了SERS金膠免疫標(biāo)記三層組裝和單組分SERS免疫檢測(cè)。在完成了信號(hào)分子和抗體蛋白的金膠標(biāo)記、玻片修飾處理、免疫組裝等步驟后，實(shí)現(xiàn)了三層的SERS標(biāo)記免疫檢測(cè)。這些