表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)是纳米尺度的粗糙表面所产生的非线性光学增强现象,它可以提供分子独特的振动光谱信号,已广泛地应用于生物、化学、医学、物理以及环境监测等领域。增强能力强、均一性好、制备简易的活性基底在未来的SERS快速灵敏检测中具有广泛的应用前景。贵金属周期性孔纳米材料如纳米碗阵列等能极大地增强结构表面的电磁场强度,具有更多的“热点”,还可克服传统金属纳米颗粒易团聚的缺点,有利于增强SERS信号,是实现SERS生物传感检测的重要基底选择。金属纳米碗阵列还具有较好的稳定性和生物相容性,非常适合开展生物医学研究,具有广阔的应用前景。本论文构筑了单金属和双金属的有序纳米碗阵列,研究其SERS效应,并筛选出用于SERS分析的拉曼标记信号分子,利用有序金纳米碗阵列作为SERS活性基底,实现癌症标志物的联合检测。本论文具体开展了如下工作:1.高质量SiO2胶体晶膜的制备运用垂直沉降自组装法,经毛细管力驱使将单分散于无水乙醇中的SiO2胶体微球组装成高质量、大面积的SiO2胶体晶薄膜,利用扫描电子显微镜和紫外-可见分光光度计和拉曼光谱仪对胶体晶膜的显微形貌和光学性质进行表征,直径190nm左右的SiO2胶体微球经垂直沉降自组装得到的胶体晶膜上SiO2胶体微球呈周期性排列,且紧密有序,并呈现出明亮的结构色彩。利用薄膜测厚仪对SiO2胶体晶膜的厚度进行测量,其结果与扫描电镜所测厚度一致。高质量SiO2胶体晶膜的制备为后续有序金纳米碗阵列和有序金/银双金属纳米碗阵列制备奠定基础。2.有序金纳米碗阵列制备利用γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)对SiO2胶体晶膜进行氨基化修饰,然后在其上静电吸附沉积金纳米粒子,通过H2O2将生长液(K2CO3-HAuCl4)中的AuCl4-还原成的单质金沉积到SiO2胶体晶膜表面,制备出金纳米壳阵列,用透明胶带揭下表面一层结构,氢氟酸去除SiO2胶体制备出有序金纳米碗阵列。通过扫描电子显微镜、共聚焦拉曼光谱仪对有序金纳米碗阵列的形貌、SERS效应进行表征。所制备的有序金纳米碗阵列具有形貌均一,可重复性和稳定性好的特性,具有周期性的孔结构,并呈六角形紧密堆积,能够产生了较强的热点效应,进而表现出较好的SERS效果,可以应用于SERS分析领域。此外,有序金纳米碗阵列由于多孔结构使其具有较大的比表面积,为生物分子的固定提供更多的位点。3.有序金/银双金属纳米碗阵列制备在SiO2胶体晶膜上静电吸附金纳米粒子,制备具有裂纹的有序金壳阵列,而后采用溅射方法在其上面沉积银,腐蚀掉SiO2胶体晶膜后获得了形貌可控的有序金/银双金属纳米碗阵列。由于金纳米材料的稳定性比较好,而银纳米材料的SERS增强效果佳,因此所制备的有序金/银双金属纳米碗阵列较好的稳定性和较强的SERS增强效果。采用有序金/银双金属纳米碗阵列作为SERS基底,对抗癌药物6-MP进行检测,检测限低至10-10M,该方法简单,灵敏度高,可以将其应用于其它生物分子的检测,为生物传感、检测、成像等应用提供可能。4.基于有序金纳米碗阵列的癌症标志物检测新方法以修饰有捕获抗体的有序金纳米碗阵列作为捕获基底,修饰标记抗体的金纳米壳和金纳米星作为标记探针,在抗原存在的情况下形成“三明治”结构,通过检测其SERS信号的强弱来定量癌症标志物的浓度。这种SERS方法不仅能够检测单个癌症标志物(癌胚抗原),而且能同时检测两种癌症标志物(癌胚抗原和甲胎蛋白)。由于周期性孔的存在,增大了阵列的表面积,可以有效提高癌症标志物抗体的固载量。结果表明,该方法简单,固化抗体分子保持良好、灵敏度高、精确性高、抗干扰性强等,可用于分析检测癌症标志物。