表面增强拉曼光谱在反恐中的应用

表面增强拉曼光谱(SERS)技术以对样本检测快速、灵敏、无破坏性等众多优点,在分析生化样本成分方面有着非常重要而广泛的应用。因此,SERS技术在反恐军事领域必将发挥重要的应用。本文重点对SERS技术在生物化学战和应对恐怖袭击中的重要应用进行了详尽地分析讨论,并对其发展趋势作了展望。     

表面增强拉曼光谱在食源性致病微生物检测中的应用研究

食源性致病微生物导致的食源性疾病已成为全球化的公共卫生问题。快速、有效地检测食源性致病微生物是实现食源性疾病预防与控制的关键环节，也是保障食品安全的技术关键。表面增强拉曼光谱(SERS)具有简单、快速、灵敏度高等优点，在食品安全、生物医学、环境监控等领域展现出良好的应用前景。介绍了近年来SERS在食源性致病微生物检测中的应用研究进展。对SERS技术概况、SERS增强理论及SERS增强基底进行了简要介绍，重点回顾了SERS在食源性致病微生物检测中的应用和发展现状。在食品安全分析方面，利用SERS与模式识别方法相结合对食品中常见食源性致病微生物能实现快速、有效鉴别，部分研究已应用于不同食品样品的分析，体现了SERS作为“指纹图谱”的分析优势；在医学诊断方面，SERS可对病理样品(如血液、尿液等)中食源性致病微生物进行快速检测，缩短了样本分析时间，使食源性疾病的快速诊断成为可能；随着微流控技术的发展，微流控平台结合SERS技术被称为“芯片实验室”应用于食源性致病微生物的检测，可提高分析的可控性，稳定性，特异性和灵敏度。通过对比分析，发现不同研究可采用不同分离方法、不同基底、不同目标捕获方式等实现了食源性致病微生物的检测，展示了不同方法间的差异性。已有研究表明了SERS在食源性致病微生物检测中应用可克服传统方法耗时等缺点，实现灵敏快速分析，为食品安全实时监控，食源性疾病即时诊断提供了有效的分析工具。同时，指出了SERS技术应用于食源性致病微生物分析依然面临很大挑战，(1)大多数研究并没有聚焦于实际样品，而标准培养液和实际样品的SERS检测存在较大差异，实际样品组分会对SERS响应产生干扰；(2)不同方法结果有较大差异，主要是由于纳米增强基底差异，吸附方式原理的差异，稳定性的差异等，因此需要更多深入研究进一步优化条件；(3)期望建立标准化的SERS方法替代传统技术，充分展示SERS作为新兴分析工具快速、灵敏、简捷的优势应用于食品安全，医学诊断等领域。将来，随着研究的深入及相关学科的发展，SERS作为极具潜力的快速分析工具，将在食品安全，生物医学等领域具有更广阔的应用前景。     

薄层色谱与表面增强拉曼散射光谱联用技术的研究进展

表面增强拉曼光谱（SERS）作为一种快速、灵敏的分析技术,被广泛应用于分析化学、环境检测及食品安全等领域。在实际生活中的样品大多为混合物,直接使用SERS技术无法对复杂样品中的分析物进行准确测定。薄层色谱（TLC）分离技术具有操作简便,成本低廉及分离速度快等特点,TLC作为一种高通量的分离技术在合成化学、分析化学、药物化学及食品科学等研究领域得到了广泛的应用。TLC对待测物体系进行分离后,通过碘显色或荧光对分离的斑点进行可视化处理,再结合质谱,红外光谱、荧光光谱及SERS光谱等分析技术可以对分离物质进行定性及定量分析。TLC与SERS联用技术的出现,使得SERS光谱可以应用于混合物中分析物的有效测定。TLC-SERS技术同时具备良好的分离作用和灵敏的光谱检测性能,适用于对复杂样品进行分离检测。在TLC-SERS检测过程中,样品用量少且无需使用复杂的实验设备即可实现对混合物现场快速检测。介绍了SERS的增强机理以及活性基底的制备,对TLC-SERS技术在环境污染物检测、食品安全、中草药鉴定及生物医学等方面的应用做了概括性综述。给出了TLC-SERS技术在有害物快检领域的应用实例,为TLC-SERS技术未来用于食品安全、法医鉴定及环境治理中快速检测方法建立及仪器设备研发提供参考。     

MnCo_2O_4@Au纳米纤维类氧化物酶的SERS活性及应用

近年来MnCo_2O_4材料由于其优异的催化活性和导电性在超级电容器、锂离子电池、CO_2还原燃料电池等方面被广泛应用。MnCo_2O_4表面富含氧化态的Mn~(2+)/Mn~(3+)和Co_~(2+)/Co~(3+)使其成为较好的类氧化物酶基底的电子传输介质~([1])。表面增强拉曼光谱技术是一种超灵敏的分子检测手段,类氧化物酶材料与贵金属复合,可以构筑一种氧化物酶与SERS协同增强活性的基底材料,以SERS技术来研究类氧化物酶催化分子反应的过程~([2])。这里,我们通过MnCo_2O_4与贵金属Au复合,由于MnCo_2O_4和Au纳米粒子之间的协同作用,MnCo_2O_4@Au纳米纤维复合材料比单独MnCo_2O_4和Au展现出更好的SERS活性及很好的类氧化物酶活性,进一步这种材料还可以检测有害的重金属离子。这种MnCo_2O_4@Au纳米类氧化物酶复合材料SERS基底在生物传感器、环境保护和食品安全方面具有广阔的应用前景。     

微流控SERS及其在生物医学应用的研究进展

微流控芯片以其对微量样品的精确操控能力而引起特别关注,表面增强拉曼光谱(SERS)作为一种超灵敏的光谱检测技术近年来在痕量检测上应用广泛。微流控芯片与SERS相结合的系统可对微量生物样品进行无损、快速、高灵敏度且高通量的检测分析,在生物医学领域有巨大的应用潜力,是当前的研究热点之一。本文介绍了微流控SERS系统近年的发展情况,包括微流控芯片的制作加工和流体操控,以及微流控芯片中SERS基底的集成;并重点介绍了近年来SERS微流控芯片系统在生物医学上的应用,如生物分子的检测、细胞分析、药物监测和筛选、疾病诊断,以及在环境和食品健康安全方面的检测应用。     

表面增强拉曼光谱技术在动物源性食品兽药残留检测中的应用

动物源性食品是人类营养摄入必不可少的食品之一,兽药被广泛用于动物饲养和疾病防治,但兽药残留超标等问题对消费者的健康安全构成了严重威胁。为防止受污染的食品对消费者造成危害,研发快速有效的兽药残留分析方法非常必要。表面增强拉曼光谱法(SERS)作为一种痕量的检测方法,有望能够满足目前动物源性食品高效、快速、灵敏的检测需求。综述了SERS方法在动物源性食品兽药残留检测中的研究进展,包括肉类(猪肉、鸡肉、鸭肉、鱼肉)、乳和乳制品及蜂蜜中兽药残留的SERS分析研究。概述了SERS技术在肉类食品中主要兽药残留的检测应用进展。家禽肉中的兽药分析包括四环素类药物、磺胺类药物、恩诺沙星和激素类等药物;猪肉中的兽药主要分析了β-受体激动剂、氯霉素、左旋咪唑等药物;鱼肉中的兽药分析了染料类、磺胺类和氯霉素等药物。对乳和乳制品中的四环素类、氨基糖苷类、青霉素类、酰胺醇类药物的SERS检测进行了总结讨论。简述了SERS在蜂蜜中氯霉素类、四环素类等药物的分析。对SERS在动物源性食品的研究发展方向和应用前景进行了总结和展望。虽然SERS作为一种快速、超灵敏的检测方法,在分析复杂食品体系中的微量或痕量化合物方面,尤...     

MoS_2及其金属复合表面增强拉曼散射基底的发展及应用

表面增强拉曼散射(surface enhanced Raman spectroscopy, SERS)作为一种超灵敏的无标签分析技术,在分子检测领域得到了广泛的研究及发展,而增强机理的探究及灵敏度、均匀性、稳定性等性能的提升一直是研究人员面临的重要挑战.本文通过梳理SERS机理的国内外研究进展,综述了单一金属基底、二硫化钼(MoS_2)基底及金属/MoS2复合基底的机理及研究现状和存在的问题等;总结介绍了二硫化钼基底及金属/二硫化钼复合基底制备方法的优缺点;概述了二硫化钼及其金属复合基底在食品检测、生物医学、环境污染监测等方面的应用研究进展;最后提出了SERS技术目前存在的不足并对其发展前景进行了展望.     

表面增强拉曼光谱(SERS)及其在定量测量中的研究进展

表面增强拉曼光谱(surface enhanced Raman spectroscopy,SERS)具有极高的灵敏度,是一种强大的检测低浓度分析物的痕量分析技术,甚至可以实现单分子检测。因此,在化学、生物、环境等领域都是非常重要的分析手段。但是,由于SERS信号的重现性不高,尚未成为常规的定量分析技术。本文阐述了SERS的基本原理,总结了应用SERS实现定量检测的研究成果,评述了SERS的定量检测在环境、生物医药、食品卫生等方面的应用,并提出了展望和亟待解决的问题。     

纳米类酶催化材料SERS基底的构筑及其应用研究

兼具多功能性质的材料是当今表面增强拉曼(SERS)基底构筑的发展方向。纳米模拟酶催化剂近年来发展迅速,引起了不同领域包括材料、化学、生物学、医学等学科的广泛研究兴趣。与天然酶相比,纳米酶具有高稳定性和可调催化活性以及价格低的优点,并能够避免生物酶易失活的特点,使其在催化和酶动力学领域具有广泛的应用前景,特别是在分析化学中有重要意义。构筑了一系列兼具类酶催化活性和SERS活性的纳米酶SERS基底,利用SERS及其他技术研究了类酶催化过程中分子的反应动力学过程,探讨了其类酶催化机理,并将其应用于多种有机分子及生物分子的超灵敏检测中。这里我们介绍几种多功能纳米类酶催化材料SERS基底的构筑及其应用研究:(1)石墨烯/半导体/金属复合纳米酶催化材料的构筑及其对生物体系的超灵敏检测;(2)碳点/金属复合纳米材料的构筑及其SERS增强机制与类酶催化性质研究;(3)导电高分子/金属复合材料的制备及其SERS与类酶催化性质研究;(4)金属/MOF复合材料的构筑及其SERS与类酶增强催化机理与检测研究。     

金点阵芯片的SERS超灵敏检测

SERS技术出现在20世纪70年代,衍生于纳米技术,而今因为其高灵敏度、无损检测和原位测量等优点,被广泛应用于食品安全检测、医药诊断、材料的表征、考古、刑侦等各个领域[1,2]。SERS技术的灵敏度极高,能够达到单分子检测水平,在有害物质检测方面的应用尤为重要。基于利用贵金属层和贵金属纳米粒子产生"热点"增益的思想,制造了金点阵芯片作为活性基底,并以此为基础吸附待检测物质和金纳米粒子,构造三明治结构,实现了对孔雀石绿、罗丹明6G和三聚氰胺等物质的超灵敏检测。这种芯片具有随取随用、操作简单、测量快速便捷、灵敏度高的优点。金点阵芯片为SERS技术的推广提供了一种较好的可行方法,对SERS的研究也具有一定的意义。     

高性能三维纳米结构SERS芯片设计、批量制备与痕量汞离子检测

表面增强拉曼散射（SERS）是一种无损、高灵敏、快速检测痕量重金属离子的光谱技术。通过调控和优化纳米结构图案和尺寸可显著增强局域表面等离子体共振（LSPR）与表面等离子体激元（SPP）的耦合以提升电磁场强度,是获得高性能SERS芯片的重要新途径。提出一种用于检测痕量汞离子的新型金属/介质三维周期纳米结构高性能SERS芯片。利用新型应力分化式双层模板纳米压印方法实现了大面积高均一纳米结构SERS芯片的低成本、批量制备。该芯片成功用于痕量汞离子的高灵敏快速检测。采用有限元方法对压印过程界面微区应力进行模拟,通过调控压印模板纵向结构和横向尺寸对模板进行设计。模拟结果表明,纵向有台阶结构的双层模板图案区域呈现高、低两个应力分区,其中,高应力区占图案~72%的面积,其应力均匀性比单层模板提升17%;低应力区分布在图案边缘~28%的区域,可有效减小脱模切应力。当模板横向尺寸从15 mm缩减至7 mm,界面应力整体提升1～2个数量级,将显著提高压印成功率。使用不同横向尺寸的单、双层模板进行压印实验结果表明,尺寸为7 mm的压力分化式双层模板实现了大面积高均一纳米结构的高质量制备,这与模拟结果高度一致。在压印胶纳米结构上构筑金纳米颗粒得到金属/介质三维周期纳米结构SERS芯片。此芯片对罗丹明6G分子的检测极限为2.08×10-12 mol·L-1,增强因子达3×108,检测均一性RSD为8.07%。该芯片对汞离子的探测限浓度仅为10 ppt(5.0×10-11 mol·L-1),浓度线性工作范围为5.0×10-11～5.0×10-5 mol·L-1,跨度达6个数量级,呈现良好的线性关系(R2=0.966),在目前汞离子检测技术中具有显著优势。提出一种通用的高灵敏快速检测痕量物质的SERS芯片设计和制备方法。这种基于光学原理芯片“结构设计-批量制备-实际应用”的研究范式将连接芯片设计和批量制备两个关键点,推动其实际应用。     

超灵敏SERS基底的构筑及其在催化与检测中的应用

表面增强拉曼光谱(SERS)由于其极高的灵敏度和选择性在分析化学、材料科学、生物医学、环境监测等领域具有巨大的应用前景,SERS在向实际应用体系延伸的过程中,兼具多功能性质应用的材料是当今SERS基底构筑的发展方向。这里我们介绍两种超灵敏SERS基底的构筑方法及其在催化与检测中的应用:一种是银箔/ZnO纳米纤维的构筑,并利用这种SERS基底检测有机污染物的光催化降解动力学过程;一种是超疏水超亲油的三维网状结构的金/泡沫镍材料的构筑,建立了一套分离、富集的系统对环境中持久性有机污染物进行SERS检测。     

基于SERS的磁性试纸制备及其对亚硝酸根的检测研究

硝酸盐是食品加工生产过程中的一种常用食品添加剂,具有致癌性和致畸性,过量食用可以致命,快速现场灵敏检测亚硝酸盐具有重要现实意义。然而,基于传统的亚硝酸盐的检测方法包括氧化还原滴定法、分光光度法、荧光光度法、原子吸收光谱法、色谱法等,检测过程繁琐、耗时、无法满足现场检测的需求。本文采用金纳米棒和Fe_3O_4/TiO_2/Au NRs磁性复合物在超疏水材料表面进行自组装,形成具有优异SERS性能的磁性试纸。在酸性条件下,该磁性试纸表面吸附的4-氨基苯硫酚与待测的亚硝酸根进行偶合,利用偶合产物的SERS信号,从而实现亚硝酸根的定性及定量检测。该磁性试纸具有优异的SERS性能和磁性,且耐腐、耐污、携带方便。在食品、环境、生物样品等复杂样品中亚硝酸盐的现场、快速、高灵敏检测具有广泛的应用前景。     

纳米酶表面增强拉曼研究进展

纳米酶是一类既有纳米材料的独特性能,又有催化功能的模拟酶,而表面增强拉曼散射(SERS)是由于一些分子吸附在粗糙金属纳米粒子或其他具有增强性能的纳米材料表面引起的拉曼信号被极大增强的现象,二者有一定的共性。除了贵金属、双金属纳米酶SERS基底的SERS增强来源于电磁场增强机制以外,SERS纳米酶复合材料基底的SERS增强机制一般为电磁场增强与化学增强共同起到作用。由于纳米酶是以纳米材料为基础的催化材料,而SERS基底材料也依赖于纳米材料,纳米酶SERS基底材料的构筑需要协同材料的类酶催化和SERS两个方面的活性。然而SERS活性基底材料的引入有可能会减少催化剂表面催化中心位点,降低催化效率,还会由于被催化分子在催化活性材料与SERS活性材料上的吸附性能不同造成SERS检测信号不能真实反映催化反应的真实进程,很大程度上限制了SERS技术对于催化监测的应用。因此对于纳米酶SERS基底来说,其有效的设计构筑来协同复合材料的催化与SERS活性对于纳米酶催化体系研究具有重要的意义。纳米酶SERS基底材料对于SERS技术在环境监测、食品安全、生物医学等领域应用具有重要的意义。基于特异性分子或者离子对于纳米酶催化反应的刺激响应,可以间接检测一些无拉曼散射截面的小分子,重金属离子和生物分子等,而这些分子本身是无法通过与基底的作用而直接被检测出来,对于这些分子的检测助于推进表面增强拉曼技术的普适化应用。纳米酶SERS基质材料的研究在理论和实际应用中具有重要价值,在催化机理、监测以及超敏生物传感领域具有广阔的前景。     

表面增强拉曼光谱技术在多元病原菌同时检测中的应用策略

水、空气、食品、灰尘和排泄物中广泛存在食源性病原菌,由此引发的感染性疾病严重危害人类健康。因此,开发病原菌的快速检测方法尤为必要。由于实际样品中的病原菌往往共生存在,所以多元病原菌的同步灵敏检测是微生物检测领域的重点与难点。分子生物学和免疫组化分析技术都在此领域进行过一些尝试,但由于引物设计与抗体的局限性,这两种技术在实际应用中的效果并不十分理想。表面增强拉曼光谱(SERS)技术由于具有快速、无损、高分辨率、不受水分干扰、可原位检测等显著优势,在多元病原菌同步检测领域获得了重要应用。从应用原理、特点和效果等方面出发,系统阐述了SERS技术在多元病原菌同时检测中的应用策略。首先对SERS基底材料与病原菌的结合方式进行简要概述,再以检测策略为主线,从直接法和间接法两种策略出发进行介绍。直接法通过基底材料的信号放大作用直接获得病原菌本身的光谱信息,步骤简便,操作快捷,在多元病原菌判别分析、定量分析与即时检测(POCT)中被广泛应用。但由于光谱信息量大,往往需要与多元统计分析方法、成像技术和微流控器件等联用。间接法一般需要借助拉曼信号分子和适配体、抗体等识别元件,将对病原菌的检测转换为对信号分...     

具有固相微萃取功能的SERS光纤传感器的设计及应用研究

基于光纤消逝场传感原理,发展一种集固相微萃取和表面增强拉曼散射(SERS)技术于一体的快速、超灵敏检测技术。采用具有光传导功能的光纤作为载体,首先通过层层组装技术,将具有选择性吸附的氧化石墨烯(GO)键合到光纤纤芯侧面作为固相微萃取层,然后通过原位组装技术,将具有SERS活性的贵金属纳米粒子构建到GO表面作为SERS基底,开发出固相微萃取-SERS技术于一体的双功能光纤。利用光纤耦合器将功能光纤与便携式拉曼光谱仪耦合,实现固相微萃取和SERS光纤技术有效集成。结合传统顶空固相微萃取和内标法进行分析,实现水体中超痕量芳环类化合物快速半定量分析。该技术在食品快检、环境在线监测、预警等领域有着广泛的应用。     

状态转变增强拉曼光谱

表面增强拉曼散射(SERS)是公认的超灵敏的光谱工具.和传统的优化SERS基底材料或构筑完美的结构策略相比,我们提出了一种极其简单和灵敏的方法,该方法被命名为状态转变增强拉曼光谱(STERS).这种STERS检测方法可广泛的应用于毒品安全检测、食品安全和环境保护等方面.如果我们把这种方法和便携式拉曼光谱仪结合,这种应用...     

真菌鉴别和检测的SERS光谱技术研究进展

真菌是一种广泛存在于自然界的病原微生物,具有细胞核、细胞壁等结构,可以引起动、植物和人类的多种疾病。真菌感染是临床上常见的感染性疾病之一,使得近年来针对真菌的高效检测及真菌相关领域的研究备受关注。目前真菌的传统检测方法主要有培养、镜检与分子生物学检测法等,均具有操作复杂、耗时等缺点。表面增强拉曼散射(SERS)技术以其不受水分子干扰、能反应分子指纹信息、检测迅速等特点在真菌的检测与鉴别领域逐渐发挥出明显的优势。在简要介绍真菌的结构特点及真菌常用的检测方法基础之上,主要针对拉曼光谱(Raman spectrum)/SRES技术在真菌检测和鉴别中的应用进行调研和讨论。首先通过对Raman/SERS技术的特点以及真菌的结构特征进行解析,根据调研Raman/SERS技术用于真菌检测的相关文献,分析了SERS技术用于真菌检测的可行性,提出SERS技术在真菌检测时会面临检测灵敏度低、信号复杂、选择性和特异性差以及信号重现性和稳定性不佳等难点。为解决以上难题,分析了SERS的增强模式,重点针对SERS的纳米增强介质材料、SERS标签(SERS tag)的信号放大效应以及SERS光谱分析技术与微流控芯片分析技术结合等SERS分析新进展,予以了系统地综述和讨论。通过纳米材料选择和纳米微结构的构建,SERS增强介质所产生的SERS增强效应在真菌鉴别以及临床疾病快速诊断中显示出巨大的发展潜力;基于SERS tag产生的信号放大机制,可以有效提高真菌SERS检测的灵敏度、特异性和重现性;在微流控芯片中设计和集成SERS增强纳米微结构,构建基于SERS tag 的信号放大策略,开展针对真菌的快速高效测试方法研究,更有望实现真菌样本的高通量及高内涵SERS检测,其在真菌的鉴别和检测上显示出巨大的研究价值和应用前景。     

Ag纳米粒子聚集体的SiO2包覆及其SERS效应

为实现表面增强拉曼散射（SERS）信号的快速检测分析,报道了一种简单的利用SiO₂包覆对巯基苯甲酸（4MBA）修饰的Ag纳米粒子形成核壳结构纳米颗粒SERS标记物的方法。通过调控溶液中硝酸钠的浓度来控制4MBA-Ag的聚集程度,获得不同的“热点”效应,然后利用SiO₂包覆实现对聚集体的固定。扫描电镜结果证实此种方法非常有效。该体系中SERS的信号强度依赖于4MBA-Ag的聚集程度。该研究结果有助于实现聚集体SERS标记物在生物成像、检测和传感等方面的应用。     

基于表面增强拉曼光谱的左氧氟沙星检测研究

目前用于检测药物分子的光谱方法主要有荧光光谱法、紫外光谱、红外光谱法等。使用拉曼光谱法检测药物分子的相关信息比较少,表面增强拉曼光谱(SERS)技术具有无损检测、快速灵敏和不受溶剂水的影响等优点。本文开展了基于锌掺杂TiO_2纳米粒子(Zn-TiO_2NPs)作为SERS活性基底的左氧氟沙星(LVFX)药物分子的检测研究。研究结果表明,使用SERS技术对左氧氟沙星进行定性定量分析其检测限可以达到1×10-7 mol·L-1,其定量范围为1×10-31×10-7 mol·L-1。