三维仿生表面增强拉曼散射基底构建及其用于动物病毒非标记检测

【摘要】表面增强拉曼散射(SERS)技术以其独特的谱带窄、灵敏度高、抗光漂白、无水干扰以及可提供指纹图谱信息等优势,在生物医学、分子识别、痕量检测、材料研究等众多领域得到了越来越广泛的应用。制备出成本低廉、性能优良的SERS基底是推动SERS技术进一步发展,实现SERS技术广泛应用于实际分析和检测的关键之一。本论文致力于发展操作简便、可大规模生产的制备SERS基底的新方法；构建灵敏度高、重现性好、稳定性强的三维(3D)仿生SERS新基底；并将其应用于快速、准确的动物病毒的非标记检测；主要研究结果如下：1.采用具有天然规则微阵列的蝉翅为原材料,利用间歇式离子溅射法在蝉翅表面修饰大量银纳米粒子,形成了拥有丰富的小于10nm的纳米间隙(nano-gap)结构,产生了高密度的SERS增强“热点”,制备出了具有3D结构的仿生基底,并分析了蝉翅表面高密度银纳米粒子形成的原因。这种新型基底制作简便、成本低廉,可以进行大规模制备,拥有较高的灵敏度(R6G,10-13M),而且具有出众的点与点(媲美Klarite芯片)和片与片(RSD=5.4%)之间的信号重现性,还表现了出色的稳定性。2.制备了拥有类似结构二维(2D)金包被的仿生基底和2D银包被的仿生基底,与3D仿生基底对比研究发现,基底的增强效果不但与所修饰的金属有关,也与基底的纳米结构中“热点”的密度密切相关。运用时域有限差分法(FDTD)方法对不同基底的电磁场分布进行模拟,计算了电磁场增强对EF的贡献。计算了几种SERS基底的平均增强因子,发现3D仿生基底的平均增强因子比2D仿生基底和Klarite芯片至少要高一个数量级,并且在近红外785nm激光的照射下达到最大值5.8×107,表明3D仿生基底非常适合于生物分子分析。3.利用3D仿生基底,对三种常见动物病毒猪圆环病毒2型(PCV2),猪伪狂犬病毒(PRV)和禽流感病毒(H5N1)进行了非标记检测。研究了基底上所滴加的病毒浓度对检测效果的影响,多次可重复的获得了三种病毒的SERS谱图,显示出了3D仿生基底的灵敏度高、重现性好的特性。发现了3D仿生基底非标记检测PCV2病毒的灵敏度可达103PFU/mL,比商品化Klarite芯片高出两个数量级。结果表明,利用3D仿生基底对病毒进行非标记检测,有助于发展廉价、快速、准确的动物病毒非标记检测与诊断新方法,也为其他的病毒或者是大分物质的非标记检测提供了理论依据。
【作者】邵锋；
【导师】韩鹤友；
【作者基本信息】华中农业大学，应用化学，2014，硕士
【关键词】表面增强拉曼光谱；三维SERS基底；蝉翅；仿生；热点；增强因子；非标记检测；动物病毒；

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