基于空心海胆状金纳米粒子和银/氧化锌纳米结构SERS特性的基因类肿瘤标志物高灵敏检测

基因类肿瘤标记物microRNA(miRNA)的痕量检测对于癌症早期诊断具有重要应用价值.根据空心海胆状金纳米粒子和银/氧化锌(Ag/ZnO)纳米结构的表面增强拉曼散射特性,并基于碱基互补配对原理构建探针-核酸-基底组成的"三明治"结构,提出了一种基因类肿瘤标志物miRNA的高灵敏定量检测方案.首先将捕获DNA与修饰4-巯基苯甲酸(4-MBA)的空心海胆状金纳米粒子链接作为探针,同时在Ag/ZnO纳米结构上修饰靶DNA,经与miRNA-106a互补杂交后进行SERS信号检测,获得相应的剂量-响应曲线.实验结果表明,在1 fmol·L~(-1)至1 nmol·L~(-1)的检测范围内,对miRNA-106a的检测限达到1.84 fmol·L~(-1).同时,采用实时荧光定量多聚核苷酸链式反应方法验证了基于空心海胆状金纳米粒子和Ag/ZnO纳米结构SERS特性的miRNA检测方案的可靠性.     

基于金纳米杆/PMMA基底SERS特性的高灵敏肿瘤标志物无标记检测

高品质贵金属纳米结构基底的制备是应用表面增强拉曼散射(SERS)技术进行高灵敏生物检测的关键。采用改进的Langmuir-Blodgett方法,通过在金纳米杆(Au NRs)溶胶注入乙醇,使得Au NRs迁移至溶胶与甲苯的交界面,并用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)固定交界面处的Au NRs,形成大面积分布、均匀致密排列的二维畴状Au NRs/PMMA纳米结构薄膜基底。然后,采用等离子体清洗技术处理制备的基底,使得金纳米杆(Au NRs)的表面裸露,以增强基底的SERS特性。实验表明,Au NRs/PMMA基底具有优良的SERS特性,在785 nm波长的激光照射下,增强因子可以达到5.49×106。此外,利用制备的Au NRs/PMMA基底,开展前列腺癌症肿瘤标志物--前列腺特异性抗原(PSA)的高灵敏无标记定量检测研究。在PSA的无标记检测过程中,首先对PSA标准溶液和新生牛血清进行SERS光谱的直接检测,得到PSA分别位于823, 1 080, 1 385, 1 586和1 640 cm-1处的主要的拉曼特征峰;其次,通过对PSA标准溶液、临床男性血清样本及女性血清样本的SERS光谱进行测量和分析,筛选出在PSA的SERS光谱中与血清中PSA含量相关的拉曼特征峰,它们是分别位于649,680以及1 640 cm-1处的拉曼特征峰。进一步,通过对与PSA同属糖蛋白的肿瘤标志物甲胎蛋白(AFP)以及与PSA同源的人腺体激肽释放酶2(hK2)进行SERS光谱检测和分析,发现位于1 640 cm-1处的拉曼特征峰对于PSA具有高的特异性,将其作为临床血清样本中PSA无标记定量检测的具有特异性的拉曼特征峰,并以此为依据,对不同PSA浓度的标准溶液进行检测,得到位于1 640 cm-1处的拉曼特征峰强度与PSA样本溶液中PSA的浓度相关的剂量-响应曲线。最后,开展临床血清样本的应用检测。结果表明,基于Au NRs/PMMA基底的SERS检测结果与化学发光免疫分析(CLIA)方法的检测结果一致,且具有比CLIA更高的检测灵敏度,最低检测极限为0.06 ng·mL-1,且无标记检测范围为0.1 mg·mL-1～0.1 ng·mL-1。因此,基于Au NRs/PMMA SERS基底的高灵敏肿瘤标志物无标记检测具有重要应用前景。     

金光栅/金纳米颗粒SERS基底的设计、制备及其性能

表面等离子激元（SPP）和局域表面等离子共振（LSPR）耦合产生的电场增强显著高于单纯LSPR引起的电场增强。因此一种新型高效的表面增强拉曼散射（SERS）基底是寄希望于在一种复合基底中实现SPP-LSPR耦合获得的。基于SPP-LSPR耦合机理,提出一种针对633 nm激光使用的金光栅/金纳米颗粒SERS基底的设计思路以及光栅和纳米颗粒的具体结构参数。为了验证设计方法的正确性,利用电子束光刻法和化学合成法分别制备了具有相应几何尺寸特征的金光栅和金纳米颗粒,并将它们复合在一起得到了光栅/纳米颗粒SPP-LSPR耦合型复合SERS基底,这个基底相比仅有金纳米颗粒制备的LSPR型SERS基底,在检测R6G溶液时浓度可以降低2个数量级,增强因子是后者的72倍,实验结果和时域有限差分（FDTD）法理论拟合的结果基本一致。     

树枝状银纳米结构的可控电化学合成及其SPR/SERS性质

采用电化学沉积的方法在导电玻璃衬底上合成出树枝状的银纳米结构. 通过调控电位、表面活性剂、硝酸银浓度等参数控制树枝状银纳米结构的尺寸、直径、结晶性和分枝密度. 三种典型的树枝状银纳米结构被用来做表面增强拉曼散射衬底,其中的一种可以清楚的探测浓度低于0.1 nmol/L的若丹明6G分子. 不同树枝状银纳米结构表面增强拉曼效果相差比较大,说明了分枝颗粒形状,特别是颗粒间距对表面增强拉曼散射有非常重要的影响.     

基于SERS技术的靶向修饰金纳米探针 用于Hela细胞的检测

表皮生长因子受体(EGFR)是一种肿瘤表面标记性蛋白。本文报道了基于anti-EGFR功能化金纳米棒探针AuNRs probes的表面增强拉曼散射(SERS),用于EGFR阳性肿瘤细胞的检测。通过AuNRs probes上anti-EGFR特异性结合到EGFR阳性癌细胞上,可使修饰于金纳米棒表面的拉曼活性染料4-巯基苯甲酸(4-MBA)位于1 100 cm~(-1)和1 600 cm~(-1)的特征峰强度得到信号增强。该SERS探针由于具有生物兼容性好、细胞拉曼信号稳定、特异性高等优点而具有巨大的临床应用前景。     

金纳米棒调控组装结构SERS基底用于构筑毒品检测模块

本文介绍了一种基于金纳米棒自组装结构的SERS基底构筑方法。通过工艺参数可调控的溶剂蒸发诱导组装机制,可以减少或去除溶胶成膜基底中出现的咖啡环效应,得到致密均一的薄膜型SERS基底。该基底用于毒品SERS检测具有较高的灵敏性和较好的重现性,将其与便携式拉曼光谱仪和含毒品尿液的快速前处理方法相结合,可以用于涉毒人员尿液中毒品的检测分析,因此有望应用于涉毒现场的快速检测。     

银纳米粒子/碳纳米管阵列SERS基底增强因子分析和实验

为了直观、准确地定量分析表面拉曼增强散射基底结构的拉曼增强,利用磁控溅射和高温退火的方法制备了银纳米粒子修饰垂直排列的碳纳米管阵列三维复合结构样品;实验采用罗丹明6G(R6G)溶剂作为探针分子,结合共聚焦显微拉曼系统,开展了表面增强拉曼增强因子(EF)分析计算的相关实验。SEM结果表明：在有序碳纳米管阵列的表面和外壁均匀地负载了大量银纳米粒子。对退火温度为450 ℃,退火时间为30 min的样品进行了EF计算,得到其增强因子约为2.2×103,并分析了EF值低的原因主要是：在碳纳米管上溅射的银膜膜厚不均匀,导致退火后银颗粒分布不均,使得样品粗糙度值偏大,EF值较低;实验中所用的激励光源并非银纳米颗粒的优化光源。     

基于三明治SERS结构和酶剪切技术的肿瘤标志物miRNA-21的高灵敏检测

采用Langmiur-Bloggt膜技术和磁控溅射技术制备Ag覆盖聚苯乙烯小球六方密堆积阵列(Ag/PS HCA)基底,再将合成的海胆状Au纳米粒子与4-巯基苯甲酸(4-Mercaptobenzoic acid,4MBA)链接得到Au@4MBA探针,然后将单链寡核苷酸DNA21分别与基底和Au@4MBA探针链接,构建Au@4MBA-DNA21-Ag/PS HCA三明治结构,在DNA21与miRNA-21杂交后使用双链特异性剪切酶(DSN)剪切DNA磷酸二酯键,最后进行表面增强拉曼散射信号检测.实验结果表明,基于上述三明治表面增强拉曼散射结构和酶剪切技术进行肿瘤标志物miRNA-21的检测,在100pmol·L~(-1)到1fmol·L~(-1)的浓度范围内,检测极限达到0.853fmol·L~(-1),具有极高的灵敏度和优良的特异性.     

金微/纳颗粒阵列的SERS效应研究

表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,简称为SERS)能够提供有机分子的指纹特征信息,且具有灵敏度高和响应时间快等优点,是一项具有发展前景的分析技术。纳米结构SERS基底是获得SERS信号的关键。本文利用简便的电沉积方法在硅片上制备大面积的金微/纳颗粒阵列。金纳米颗粒之间存在大量狭小的纳米间隙,在光激发下产生大量的SERS热点,从而具有很高的SERS灵敏度。而且,这种金微/纳结构具有高结构稳定性和化学稳定性。该结构对浓度低至10-12 M的罗丹明6G(R6G)具有很高的SERS灵敏性,且具有很好的SERS信号均匀性。利用这种微/纳结构阵列SERS基底,实现对水中低浓度农药甲基对硫磷的成功检测。这表明我们制备的金微/纳颗粒阵列在检测环境中的毒性有机物污染物方面具有潜在的应用前景。     

基于SERS标记免疫检测的再生性研究

具有高灵敏度,高选择性特点的表面增强拉曼散射(SERS)与免疫学中的特异吸附机理相结合形成的SERS标记免疫检测技术具有很大的研究及应用价值。文章重点研究了关于SERS标记免疫检测的再生性问题,力求增加此技术的循环利用价值。实验采用甘氨酸-HCl生物缓冲体系对三明治结构(固相抗体-抗原-标记免疫金溶胶)进行洗脱,通过酸碱度的改变,促使抗体抗原复合物发生解离。实验结果表明,洗脱24 h后,固相抗体上连接的抗原及标记免疫溶胶能得到很好的去除,去除后再次组装三明治结构,仍能通过对标记分子的识别进行SERS标记免疫检测。在此基础上还研究了此方法的稳定性与重复使用次数,发现其具有较好的稳定性,重复使用次数可达10次左右。     

SERS标记免疫检测研究进展

表面增强拉曼光谱(SERS)用于标记免疫检测是标记免疫学与SERS相结合的一门新型的研究技术。20世纪70年代,SERS现象的发现与证实给拉曼光谱技术的研究注入了新的活力。SERS因具有高灵敏度、较高选择性以及适合水溶液物质结构研究等特点,近年来已在生物医学研究领域中显示出独特的潜在应用前景。在标记免疫领域,SERS标记免疫研究更是得到了迅速的发展,成为了国内外的研究热点。文章从SERS标记免疫检测灵敏度的提高、非特异性吸附的降低、多组分检测等三方面叙述了SERS标记免疫检测的原理、特点、存在问题及最新发展。归纳了目前提高SERS标记免疫检测灵敏度的研究技术,阐述了研究中非特异性吸附带来的负面影响,简介了实验室的多组分研究工作。同时,对SERS标记免疫技术未来的研究方向与发展前景进行了展望。     

Fractal microstructure of Ag film via plasma discharge as SERS substrates

According to the atmospheric pressure plasma (APP) technology, we propose a rapid synthetic approach of the substrates for enhanced Raman spectroscopy. The plasma is used to modify and etch the surface of silver film, which generates large scale hotspots' aggregation. By switching the discharge polarity and adjusting the film thickness, different surface morphologies are formed due to the oxidation, reactive etch and accumulation of the plasma product in a certain space. Especially under positive corona discharge condition, dense snake-like microstructures are formed by the gradual connection of individual nanoparticles, which are driven by the influence of the electric field on surface diffusion. In addition, the experiments verify that the corresponding enhancement factor (EF) raises at least five orders of magnitude and the treatment time is about 10 min.     

Controllable optical activity of non-spherical Ag and Co SERS substrate with different magnetic field

We experimentally fabricate a non-spherical Ag and Co surface-enhanced Raman scattering(SERS) substrate, which not only retains the metallic plasmon resonant effect, but also possesses the magnetic field controllable characteristics.Raman detections are carried out with the test crystal violet(CV) and rhodamine 6G(R6G) molecules with the initiation of different magnitudes of external magnetic field. Experimental results indicate that our prepared substrate shows a higher SERS activity and magnetic controllability, where non-spherical Ag nanoparticles are driven to aggregate effectively by the magnetized Co and plenty of hot-spots are built around the metallic Ag nanoparticles, thereby leading to the enhancement of local electromagnetic field. Moreover, when the external magnetic field is increased, our prepared substrate demonstrates excellent SERS enhancement. With the 2500 Gs and 3500 Gs(1 Gs = 10~(-4)T) magnetic fields, SERS signal can also be obtained with the detection limit lowering down to 10~(-9)M. These results indicate that our proposed magnetic field controlled substrate enables us to freely achieve the enhanced and controllable SERS effect, which can be widely used in the optical sensing, single molecule detection and bio-medical applications.     

Al~(3+)诱导的金纳米粒子静电自组装及其SERS表征

通过Al 3+静电诱导实现了金纳米粒子(Au NPs)的一维(1D)或二维(2D)程序可控自组装。我们的研究发现,静电组装形成的Au NPs组装体(Au NAs)的尺寸、形貌及其表面等离子体共振(SPR)性质与Al 3+的浓度密切相关,随着Al 3+浓度的增加,Au NPs由孤立的Au纳米粒子组装成一维或二维的纳米阵列。同时,与孤立Au NPs相比,Au NAs因存在更多的"热点"而具有更好的SERS活性,并可以通过调节Al 3+的浓度来调控Au NAs的SERS活性。     

用于SERS基底的Au-Pd核壳纳米颗粒和银纳米立方颗粒的制备及表征(英文)

本文研究了尺寸可控的Au -Pd核壳纳米粒子和银纳米立方颗粒的表面增强拉曼散射(SERS)活性。发现Au-Pd核壳纳米粒子的增强能力要比粗糙的钯电极强;银纳米立方颗粒的增强能力和粗糙的银电极相当。更为重要的是,银纳米立方颗粒既具有原子级平整的小单晶面又处于纳米尺度,因而它们可以作为粗糙表面和结构确定的单晶表面之间的桥梁,对其SERS效应的研究可以加深人们对SERS机理的认识。     

Fabrication and surface-enhanced Raman scattering (SERS) of Ag/Au bimetallic films on Si substrates

Ag films on Si substrates were fabricated by immersion plating and served as sacrificial materials for preparation of Ag/Au bimetallic films by galvanic replacement reaction. The formation procedure of films on the surface of Si was studied by scanning electron microscopy (SEM), which revealed Ag films with island and dendritic morphologies experienced novel structural evolution process during galvanic replacement reaction, and nanostructures with holes were produced within the resultant Ag/Au bimetallic films. SERS activity both of sacrificial Ag films and resultant Ag/Au bimetallic films was investigated by using crystal violet as an analyte. It has been shown that SERS signals increased with the process of galvanic substitution and reached intensity significantly stronger than that obtained from pure Ag films.     

银溶胶自组装表面增强光纤拉曼探针的研究

利用表面增强拉曼 (SERS)技术对光纤表面进行修饰 ,构造了表面增强光纤拉曼光谱传感器。选取了几个有代表性的分子作为检测样品 ,得到了低浓度样品的SERS光谱。结果表明 ,可以将制备SERS活性基底的方法移植到光纤表面来制备SERS活性光纤探针。     

Fundamental studies on enhancement and blinking mechanism of surface-enhanced Raman scattering （SERS） and basic applications of SERS biological sensing

We review recent our results in the fundamental study of surface-enhanced Raman scattering （SERS） with emphasis on experiments that attempted to identify the enhancement and blinking mechanism using single Ag nanoparticle dimers attached to dye molecules. These results are quantitatively discussed in the framework of electromagnetic mechanism. We also review recent our results in basic SERS applications for biological sensing regarding detections of cell surface molecules and distinction of disease marker molecules under single cell and single molecule level.