纳米银新衬底的合成与表面增强拉曼光谱分析希瓦氏菌的研究

【摘要】表面增强拉曼光谱(SERS)法通过活性衬底的引入,克服了普通拉曼光谱法低灵敏度、强荧光干扰的缺点,推进了拉曼光谱技术在表面科学、分析科学和生物科学等领域的广泛应用。在SERS迅速发展的过程中,利用纳米材料合成技术获得稳定性高、重现性好、具有大量可控“热点”的活性衬底一直是SERS研究的主要内容之一。对SERS高活性衬底的研究既有助于更深入探讨SERS机理,又可进一步扩大SERS的应用范围,达到理论和应用有机结合的目的。与分析微生物的其它技术相比,SERS具有非接触性、非破坏性、制样简单、所需样少、高灵敏度和高重复性等特点,可实现对微生物的快速无损分析,且能在较宽的激发波长范围内提供更精细且易于分析的谱峰信息。SERS技术已越来越多地应用于微生物细胞化学组成以及代谢过程的研究,成为微生物分类、鉴定和检测的重要技术之一。论文针对SERS新活性衬底的建立及SERS在微生物分析领域的应用进行的研究工作和取得的进展如下：1.基于纳米银的新衬底的合成和应用。分别利用植物血桐水提取物和异化金属还原菌ShewanellaoneidensisMR-1(MR-1)合成了2种不同纳米银颗粒；利用铜-银金属置换反应,在经过硫酸-超声钝化或低温处理后的铜片表面上形成了银膜；利用柠檬酸钠合成的纳米银溶胶在具有微米级显微纤维结构的化妆粉扑和滤纸模板上的吸附作用,制备了两种不同的银纳米粒子膜。以药物小分子氯霉素和阿昔洛韦及希瓦氏菌MR-1为SERS探测分子,考察了以上获得的不同纳米银材料作为SERS衬底的活性。实验结果表明：(1)与常用衬底纳米银溶胶相比,铜-银置换法获得的硫酸钝化Cu-Ag膜和低温处理Cu-Ag膜用于SERS分析阿昔洛韦分子时,表现出较高的衬底活性。特别是硫酸钝化Cu-Ag膜作为活性衬底具有更好的均一性、稳定性和更低的检测限。室温放置14天后的衬底对同一浓度阿昔洛韦检测信号强度无明显差别,可检测最低浓度为1×10-4mol/L;(2)化妆粉扑模板法获得银纳米粒子膜能增强SERS对微生物MR-1峰的响应强度,但获得的MR-1特征峰出现约△20cm-1拉曼位移；(3)异化金属还原菌MR-1自身还原的银作为衬底,虽比直接用纳米银溶胶表征获得的MR-1谱峰强度稍低,但MR-1表现出独特的拉曼光谱特征峰,这一发现为异化金属还原菌的鉴别提供了新思路；2.建立了一种鉴别异化金属还原菌希瓦氏菌的SERS方法。利用革兰氏阴性厌氧菌希瓦氏菌的胞外电子传递能力(EET),在细胞膜内将Ag(Ⅰ)还原成Ag(0),直接以此纳米银颗粒为SERS活性衬底,获得了希瓦氏奥达奈MR-1,脱色希瓦氏菌和腐败希瓦氏菌三个希瓦氏菌亚种各自的拉曼光谱特征峰。利用该法可快速、准确地区分金属还原菌与非金属还原菌如大肠杆菌,鉴别出不同的金属还原菌。该法的建立不但可进一步促进希瓦氏菌在地球化学循环、生物腐蚀、生物修复以及生物产能等方面发挥更大的作用,更解决了普通拉曼光谱法及基于纳米银溶胶为衬底的SERS法不能鉴别上述菌的问题。3.建立了一种基于自组装银纳米粒介导的希瓦氏菌胞外聚合物(EPS)表面增强拉曼散射原位表征方法。首先利用带正电荷的多聚赖氨酸(PLL)与带负电荷的柠檬酸钠合成的纳米银溶胶(cit-AgNP)通过静电吸引作用形成稳定的PLL-AgNP复合物之后。带负电荷的希瓦氏菌MR-1则通过静电吸引作用吸附PLL-AgNP复合物,形成自组装MR-1-PLL-AgNP复合物。通过对比MR-1-PLL-AgNP复合物、MR-1、MR-1的EPS的拉曼光谱图发现,自组装菌-PLL-AgNP复合物可获得包括有关EPS信息在内的谱峰信息,而通过纳米银溶胶与MR-1直接混合获得的拉曼谱图中则缺乏此类信息。另外,该法克服了其他光谱法先提取后表征过程中所导致的EPS信息产生差异的缺点,可直接在希瓦氏菌原位分析EPS,获得更确切的EPS信息。
【作者】陈安珣；
【导师】赵肃清；周丽华；
【作者基本信息】广东工业大学，应用化学，2014，硕士
【关键词】表面增强拉曼光谱；活性衬底；微生物；鉴别；胞外聚合物；

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