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表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)技术相对于荧光检测技术具有不易被光漂白,谱线宽度窄,可进行分子指认,可检测极低浓度的物质等优点,逐渐成为近年来生物探测领域的研究热点。
本论文首先介绍了纳米技术和表面增强拉曼散射的发展和基本原理,综述了基于银纳米颗粒的表面增强拉曼散射光学探针的特点及其在生物检测中的应用。在此基础上,论文围绕SERS探针特别是核壳型纳米SERS探针进行了以下的研究工作:
首先,成功制备了一种基于二氧化硅包裹的聚集银纳米粒子以及抗癌药物的药物载体,并利用该载体获得了活细胞中药物分子的SERS光谱。本文利用聚集的银纳米粒子代替分散的银纳米粒子作为SERS基底获得了显著的SERS信号增强效果。实验中发现通过在药物载体外包裹一层二氧化硅外壳,该载体的化学稳定性得到了显著的提高。此外,我们还研究了抗癌药9-氨基吖啶以及银纳米粒子之间的吸附作用,进而对SERS信号进行了优化。该药物载体的核壳结构通过紫外可见吸收光谱以及透射电子显微镜得到证实。实验结果表明该药物载体具有很好的生物兼容性和化学稳定性,并在细胞中具有很高的SERS活性,可进一步用于细胞内药物示踪检测。
其次,利用聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone,PVP)制备了以PVP为外壳,2到5个聚集银纳米颗粒为核的核壳型SERS探针。在使用4-巯基苯甲酸(4-mercaptobenzoic acid,4MBA),水晶紫(crystal violet,CV),罗丹明6G(Rhodamine6G,R6G)以及4,4-联吡啶(4,4,-bipyridine)作为该探针的SERS标记物后发现,该SERS探针能够在高浓度氯离子存在的环境下保持极好的SERS稳定性。实验结果表明在聚集银纳米粒子表面形成了一层薄的PVP外壳,此PVP外壳可以有效地保护被包裹的银纳米聚集体以及吸附在其表面的SERS标记物分子,有效防止银纳米粒子的过度聚集,并且保持探针的SERS活性。通过进一步将该探针用于HeLa细胞内SERS研究,发现该探针具有很好的生物兼容性,并在活HeLa细胞中获得了高信噪比的SERS信号。