金属溶胶粒子在生物分子SERS光谱表征中的应用

论文摘要

表面增强拉曼散射(Surface—enhanced Raman Scattering,SERS)效应自从在20世纪70年代中期被发现以来,其机理和应用一直是人们研究的热门对象。由于SERS光谱具有超高的灵敏性,不但可以测量聚集体和单分子的信号,还可以表征分子的存在形态及其在金属表面的吸附构型与取向。因此近年来被广泛应用于表面化学,电化学,分析化学,金属腐蚀以及生物无机化学、生物科学等领域的研究。而利用基于纳米粒子及其有序组装体系为基底的SERS光谱技术来研究生物活性分子的方法则融合了SERS光谱和纳米粒子的诸多优点,有利于推进SERS光谱技术在涉及生物分子研究领域应用的广度与深度。因此,制备结构稳定、重现性良好且具有显著SERS活性的纳米溶胶及其有序组装体系对于拓展SERS光谱的应用领域与提升研究工作水平具有重要意义。这一项工作也有助于我们在此基础上所开展的有关生物分子与基底表面间吸附作用的研究,而且对今后深入探究生物分子结构与功能性间的关系研究也有积极意义。本论文主要内容涵盖以下几个方面:(1)简要地概述了拉曼光谱和SERS光谱的基本原理、特点及其应用。其中,结合文献着重介绍了金属纳米材料在SERS光谱研究中的应用概况。(2)以多巴胺、半胱胺为代表,利用SERS光谱技术表征与分析了生物分子与具有核.壳结构为特征的金属纳米粒子的相互作用,结合SERS机理与表面选律对分子在吸附物表面的吸附构型进行了探讨。(3)探索采用化学还原与电沉积相结合的方法制备新型的SERS基底应用于天青蛋白之SERS光谱研究。在利用扫描电镜、SERS光谱等手段对其制备条件进行表征分析与优化的基础上,将这一基于纳米粒子有序组装的新型SERS基底应用于有关天青蛋白吸附作用的SERS光谱研究中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 拉曼光谱
• 1.1.1 拉曼散射的基本原理及特点
• 1.1.2 共振拉曼散射的基本原理
• 1.2 表面增强拉曼散射（SERS）光谱
• 1.2.1 表面增强拉曼散射（SERS）的发现
• 1.2.2 表面增强拉曼散射（SERS）的机理和特点
• 1.2.3 表面增强拉曼散射（SERS）光谱的应用
• 1.3 金属纳米材料及其在SERS 光谱研究中的应用
• 1.3.1 金属纳米材料简介
• 1.3.2 应用于SERS 光谱表征的金属纳米材料的制备
• 1.3.3 金属纳米粒子组装体系在生物分子SERS 光谱研究中的应用
• 1.4 本论文研究内容及研究意义
• 1.4.1 本论文的研究内容
• 1.4.2 本论文的研究意义
• 第二章 Au@ Ag 纳米粒子的制备及其在多巴胺SERS 光谱表征中的应用
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器
• 2.2.2 试剂
• 2.2.3 纳米溶胶的制备
• 2.2.4 SERS 光谱测量
• 2.2.5 理论计算光谱
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 Au@ Ag 纳米溶胶粒子的表征
• 2.3.2 多巴胺理论计算光谱研究
• 2.3.3 多巴胺在Au@ Ag 纳米粒子表面吸附行为的SERS 光谱研究
• 2.3.4 pH 值对多巴胺在Au@ Ag 纳米溶胶表面吸附影响的SERS 光谱研究
• 2.4 小结
• 第三章 银电极表面Au@ Ag 纳米粒子组装体系中半胱胺分子结构的SERS 光谱研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂
• 3.2.2 银电极表面Au@ Ag 纳米粒子组装体系的制备
• 3.2.3 仪器及实验参数
• 3.2.4 拉曼光谱测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 Au@ Ag 纳米溶胶中的半胱胺的SERS 光谱
• 3.3.2 Au@ Ag 纳米粒子表面半胱胺吸附构型变化的SERS 光谱分析
• 3.3.3 银电极表面Au@ Ag 纳米粒子组装体系中半胱胺的SERS 光谱研究
• 3.4 小结
• 第四章 等离子体清洗在SERS 基底制备中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂
• 4.2.2 仪器及实验参数
• 4.2.3 金纳米溶胶的制备
• 4.2.4 ITO 基底的清洗、活化和化学修饰
• 4.2.5 表面化学修饰的ITO 基底的等离子体清洗与SERS 光谱表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 金纳米溶胶的表征
• 4.3.2 不同硅烷化试剂修饰的ITO 基底的差异
• 4.3.3 等离子体清洗对ITO 基底表面金纳米粒子组装体系的影响
• 4.3.4 等离子清洗条件对ITO 表面金纳米粒子组装体系SERS 活性的影响
• 4.4 小结
• 第五章 天青蛋白在基于ITO 的金纳米粒子有序膜表面吸附作用的SERS 光谱表征
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 试剂
• 5.2.2 仪器及试验参数
• 5.2.3 结合化学组装和电沉积法制备基于ITO 的金纳米粒子有序膜
• 5.2.4 天青蛋白在金纳米粒子有序膜的表面吸附
• 5.2.5 SERS 光谱测定
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 基于ITO 的金纳米粒子有序膜的表征
• 5.3.2 天青蛋白在金纳米粒子有序膜表面吸附的SERRS 光谱表征
• 5.3.3 电位对金纳米粒子有序膜表面天青蛋白吸附作用影响的SERRS 光谱
• 5.4 小结
• 致谢
• 参考文献
• 代表性学术论文