气/液界面自组装金纳米粒子薄膜作为SERS基底检测三聚氰胺

采用气/液界面自组装方法制备金纳米粒子薄膜作为SERS基底,其结构规整、均匀,利用此基底对三聚氰胺实现高灵敏的半定量分析。此SERS基底的制备是直接于水相合成的金纳米粒子中加人正十二硫醇,金纳米粒子通过硫醇修饰后由亲水性转变成疏水性质,在相界面上自组装为致密金纳米粒子单层膜结构。这种SERS基底不仅制备方法简单,而且应用范围广,除了检测三聚氰胺还可以拓展到其他的非极性的分子如多环芳烃等高灵敏的半定量分析。     

三维时域有限差分法计算金纳米粒子尺寸与SERS活性的关联

通过合成一系列不同粒径(16～160 nm)的金纳米粒子.观察到120～135 nm的金纳米粒子在632.8nm波长激发下具有最高的SERS活性,这与前人报道的电磁场理论及实验的结果不同.利用三维时域有限差分法对金纳米粒子的SERS活性与其尺寸以及入射光波长的关系进行模拟计算.在632.8 nm激发线下,金纳米粒子二聚体体系在粒径为110 nm左右具有最佳增强效应,其光电场耦合最强的热点处的增强因子高达109考虑到体系的平均SERS增强因子通常会比最大值低约2个数量级,计算得到的107的增强因子与实验测量值相符.同时对目前实验上尚难以合成的大尺寸的金纳米粒子进行模拟,结果表明受多极矩和大尺寸效应的影响在粒径220 nm时又出现SERS增强另一峰值.在325 nm的紫外激发线下,计算得到的增强因子仅为102.     

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。     

偶联分子对金纳米粒子在玻片上组装的影响

将金纳米粒子组装在用3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(APES)修饰的普通玻片上,再分别用偶联分子对巯基苯胺、1,4-二巯基苯在该基底上再次组装金纳米粒子,结果表明用对巯基苯胺作为组装的偶联分子得到双层金纳米粒子结构,对巯基苯胺的表面增强拉曼光谱信号得到增强,而用1,4-二巯基苯作为组装的偶联分子得到单层金纳米粒子结构。     

基于光热效应实现金纳米粒子的聚集及其SERS应用

为了实现金纳米粒子的高效聚集,获得高灵敏度的表面增强拉曼散射(SERS)基底,并研究激光对金纳米粒子的光热效应,搭建了一套集成像、SERS探测、光捕获为一体的光操控-显微拉曼系统,通过实验研究了光热效应对溶液中金纳米粒子的作用以及对待测物芘的SERS信号增强效应。此外,利用时域有限差分(FDTD)法从理论上计算了金纳米粒子聚集体与单个金纳米粒子的电场增强效果。结果表明:溶液中的金纳米粒子在热泳力及对流的共同作用下在石英衬底表面聚集,聚集速度受外界环境温度的影响;随着聚集时间延长,待测物芘的SERS信号强度增加,且其稳定后的SERS信号强度比金纳米溶胶基底增强了15倍;FDTD模拟结果表明金纳米粒子聚集体会产生比单个金纳米粒子更高的SERS增强因子,增强因子为1.30×10⁷。本研究利用光热效应实现了大范围、高效率捕获金纳米粒子的光操控,该方法可显著提高金纳米粒子的SERS效应,在化学和生物等领域的物质检测分析方面具有较大的应用潜力。     

金纳米粒子聚集体系的制备及其SERS效应表征

以Na2S作为金纳米粒子的还原制备与聚集剂制备了金纳米粒子聚集体系。在制备过程中通过紫外可见光谱对制备条件进行了优化。TEM表征显示聚集体系中的金纳米粒子均为球形,且聚集状态呈现出较好的均匀性。将这一聚集体系作为SERS基底应用于若干氨基酸分子的SERS光谱表征与分析。初步的研究表明Na2S-金纳米粒子聚集体系可有效地应用于生物分子的SERS光谱表征与分析。     

内吞金纳米粒子的鼻咽癌细胞SERS光谱

采用内吞方法将金纳米粒子引入细胞内,测试分析单个活性CNE-1鼻咽癌细胞的常规拉曼光谱和SERS光谱,并对其进行初步谱峰归属。CNE-1细胞的常规拉曼光谱有6个主要的拉曼峰:718,1001,1123,1336,1446和1660cm-1;沉积于细胞内的金纳米粒子强烈地增强了细胞内生化物质拉曼信号,在内吞金纳米粒子的CNE-1细胞的拉曼光谱中出现了20多个SERS拉曼信号,主要拉曼峰的强度明显高于常规拉曼信号。DNA骨架振动(1026,1097,1336和1585cm-1)证明金纳米粒子通过内吞作用而进入细胞核内。结果表明,基于胶体金SERS技术可能为活性鼻咽癌细胞内生化物质的探测提供一种高灵敏的方法。     

COF复合金纳米粒子用于乙酰胆碱的SERS检测

乙酰胆碱(ACh)是一种神经递质,其浓度与阿尔茨海默病、帕金森病、重症肌无力和精神分裂症等疾病密切相关,因此,实现乙酰胆碱的灵敏检测具有重要意义。本研究制备了一种基于金纳米颗粒修饰的共价有机框架复合材料(COF@AuNPs),其具有类似于硝基还原酶的强催化性能以及大量拉曼“热点”的优势,能高效催化对硝基苯酚(4-NPH)还原,ACh作为电子受体能够抑制4-NPH的还原过程。以4-NPH作为SERS标记物,结合SERS光谱,可以对ACh进行高灵敏度检测。本方法对ACh的最低检测浓度为1 pmol·L^-1。     

银纳米粒子修饰三维碳纳米管阵列SERS实验

为了使表面增强拉曼散射(SERS)基底的三维聚焦体积内包含更多的“热点”,能吸附更多探针分子和金属纳米颗粒,以便获得更强的拉曼光谱信号,提出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作为SERS基底,并对其进行了实验研究。利用化学气相沉积(CVD)方法制备了垂直排列的碳纳米管阵列;采用磁控溅射镀膜方法先在碳纳米管阵列上形成一层银膜,再通过设置不同的高温退火温度,使不同粒径的银纳米粒子沉积在垂直有序排列碳纳米管阵列的表面和外壁。SEM结果表明：在有序碳纳米管阵列的表面和外壁都均匀地负载了大量银纳米粒子,并且银纳米颗粒的粒径、形貌及颗粒间的间距随退火温度的不同而不同。采用罗丹明6G(R6G)分子作为探针分子,拉曼实验结果表明：R6G浓度越高,拉曼强度越强,但是R6G浓度的增加与拉曼强度增强并不呈线性变化;退火温度为450 ℃,银纳米颗粒平均粒径在100～120 nm左右,退火温度为400 ℃,银纳米颗粒平均粒径在70 nm左右,退火温度为450 ℃的拉曼信号强度优于退火温度400和350 ℃。     

表面增强拉曼光谱快速检测尿液中的尿酸

表面增强拉曼光谱是一种表面灵敏度极高的“指纹”光谱技术,检测限可达单分子级别。它可以实现痕量物质的特异性识别及快速、无损检测,广泛应用于生命科学、电化学、环境安全等领域以及人们的日常生活中。通过种子生长法成功地实现了形貌均匀、尺寸可调的球形金纳米粒子的制备,并以此作为增强基底进一步探索其粒径对尿酸拉曼谱峰强度的影响。结果表明,金纳米粒子的尺寸显著影响其拉曼增强能力。在研究范围内,随着金纳米粒子尺寸的增加,其拉曼增强能力逐渐增加。在激光波长为638 nm时,150 nm的金纳米粒子具有最优的拉曼增强能力。这使得它们可适用于尿酸溶液的快速高灵敏度分析,检测限可达0.01 mmol·L-1。进一步的研究还表明,该方法可用于痕量尿酸的定量检测。在0.01～0.5 mmol·L-1范围内,尿酸的浓度与其特征拉曼峰640 cm-1处的峰强度之间呈线性关系,线性相关系数达0.98。将该方法用于真实样品(正常人体尿液)的快速检测,发现该方法不受尿液中其他成分的干扰,可以实现人体尿液中尿酸含量的快速测定。研究结果表明,以金纳米粒子作为基底的表面增强拉曼光谱方法可方便、快速地对尿液中尿酸的含量进行分析,极大地拓展了表面增强拉曼光谱在临床上的应用与研究。     

表面增强拉曼光谱检测鸡蛋蛋清内三聚氰胺的定量方法研究

三聚氰胺对人体有害,鸡蛋内三聚氰胺定量检测非常有必要。以鸡蛋蛋清为研究对象,应用表面增强拉曼光谱技术结合化学计量学方法对蛋清内三聚氰胺进行了定量检测。首先采用人工饲养蛋鸡的方法获取含有三聚氰胺的样品鸡蛋。然后使用便携式拉曼光谱检测仪(Opto Trace RamTracer-200)和拉曼增强试剂测定蛋清的表面增强拉曼光谱,同时利用气相色谱质谱技术测定相应蛋清中三聚氰胺的含量。利用Raman Analyzer对拉曼光谱基线进行校正。应用相关系数法从表面增强拉曼光谱中选取320个光谱变量作为输入变量,建立偏最小二乘定量校正模型;并应用谱峰分解法建立谱峰分解定量校正模型。两种模型建立过程中均选定90个样本做为模型校正集,44个样本做为模型验证集,两种模型都有较好的预测效果。偏最小二乘定量校正模型预测值与气相色谱质谱联用法(GC-MS)测定值的决定系数R2为0.856,预测均方根误差RMSEP为1.547;谱峰分解定量校正模型R2为0.947,RMSEP为0.893。实验结果表明,该方法能有效定量检测鸡蛋内三聚氰胺,检测一个样本仅需15 min,为蛋品的三聚氰胺检测提供了一种新途径。     

胆结石中蛋白质的傅里叶变换红外光谱和表面增强拉曼光谱研究

用氯仿、乙醚、乙醇和盐酸等溶剂溶解一组人体胆结石，获取难溶物；用傅里叶变换红外光谱和表面增强拉曼光谱对难溶剩余物进行研究。结果显示，结石难溶物主要由胆红素盐和蛋白质组成，结石中的蛋白质的二级结构以α螺旋和无规卷曲构象为主，其中α螺旋构象成分较多。讨论了蛋白质在胆结石形成中的作用。     

基于SERS技术快速实现现场毒品检测

本文通过对尿液进行前处理,实现了人体尿液中毒品快速分离和纯化。并且,我们以自组装的金纳米棒为SERS基底对纯化的尿样进行检测,结合便携式拉曼光谱仪成功实现了对尿液中冰毒、摇头丸、甲卡西酮的分析检测,具有很高的灵敏性。整个纯化和检测过程只需要~3.5min,该方法方便、快捷,有望能实现现场对吸毒人员尿样中毒品的灵敏性检测。     

表面增强拉曼光谱法快速检测猪肉中氟尼辛葡甲胺残留

氟尼辛葡甲胺（FM）是动物专用的非甾体类消炎药,是兽医临床上最常用的消炎镇痛类药物。近年来,随着其应用范围的扩大,其不良反应逐渐显现,其在兽肉中的残留引起了人们的重视。目前猪肉中FM残留的主要检测方法为色谱法、色谱质谱联用法。设备昂贵、笨重、操作复杂等缺点极大的限制了这类方法在现场快速检测中的应用,表面增强拉曼（SERS）具有指纹识别、迅速检测、便携等优势,能克服色谱技术在现场检测中带来的不便,因而近年来被广泛应用于兽药残留的快速筛查检测。因此,为实现猪肉中FM的现场快速检测,建立了猪肉中FM的SERS检测方法。用柠檬酸钠还原氯金酸钾的方法制备金溶胶,通过单因素实验确定在样品与金胶体积比为1∶3,样品pH为6,不添加促凝剂,为检测条件。用密度泛函理论计算理论光谱,结合固体拉曼光谱,对各峰进行振动模式归属。其中731 cm-1处为吡啶环、苯环摇摆,1 085和1 376 cm-1处均为苯环上C—H振动。之后通过优化萃取前处理方法与萃取剂的选取,建立了猪肉中FM的定性定量检测方法。在该方法中,FM在猪肉基质中的特征峰为731,1 085和1 376 cm-1。选取731 cm-1作为定性定量峰,该处拉曼强度与FM浓度在1～250 mg·L-1内有良好的线性关系,R2为0.99。对加标样品的实际浓度进行检测,其检测限为1 mg·L-1,回收率在89.61%～95.63%,RSD在1.80%～3.30%内。该法稳定、快速、简单,可实现FM在猪肉中的现场快速筛查检测。     

鼻咽癌患者唾液的表面增强拉曼光谱研究

表面增强拉曼光谱(SERS)技术是一种快速、有效、无损的光学诊断方法,能提供生物分子成分和结构的指纹特征。人的唾液包含多种能反应人体健康状况的生物标志物。采用纳米银溶胶为增强基底的SERS技术,从46位鼻咽癌患者、30位鼻炎患者和48位健康人的唾液样本中采集了208条高质量的SERS。研究结果表明鼻咽癌患者、鼻炎患者和健康人的唾液SERS之间存在明显差异。利用主成分分析结合线性判别分析(PCA-LDA)对采集的唾液SERS进行诊断研究,获得灵敏度分别为89.5%,93.0%和100%,特异性分别为94.6%,96.7%和97.7%。研究结果表明：唾液SERS技术结合PCA-LDA分析方法可能快速、有效区分鼻咽癌、鼻炎患者与正常人的唾液样本,具有鼻咽癌无损检测和临床筛查的潜能。     

二维相关近红外光谱检测牛奶中的三聚氰胺

配置合格的纯牛奶样本及含有三聚氰胺质量浓度范围为0.01g/L～3g/L的掺杂牛奶样本各20个,并采集其近红外光谱。以牛奶中掺杂三聚氰胺浓度为外扰,构建二维相关同步谱,研究其相关谱特性。在此基础上,结合偏最小二乘判别分析法(PLS-DA)建立定性模型,可以实现纯牛奶与掺伪牛奶的定性鉴别,正确识别率达100%。同时,将二维相关近红外同步谱矩阵与偏最小二乘法(PLS)结合起来,建立定量分析牛奶中掺杂三聚氰胺的数学模型。对未知样品的预测相关系数R达到0.98,预测均方根误差(RM-SEP)为0.18g/L,说明基于同步相关谱矩阵建立定量分析的数学模型是可行的。该方法无需样品处理,成本低,为快速检测掺伪牛奶提供了一种新的途径。     

表面增强拉曼光谱准确检测玉米中杀螟硫磷农药残留

杀螟硫磷是一种在农作物上广泛使用的有机磷杀虫剂,常用于玉米上害虫的防治。过量或者不合理施用导致的残留积累关系到食品安全和人体健康。常规检测杀螟硫磷的方法有气相色谱-质谱法、高效液相色谱法,其准确性虽好,但存在需要专业人员介入、样品前处理复杂、检测时间长等缺点。表面增强拉曼光谱(SERS)法具有分析速度快、检测灵敏度高和特异性好等优点,被广泛应用于农产品中痕量残留的快速检测。利用表面增强拉曼光谱结合化学计量学方法实现玉米中杀螟硫磷残留的准确检测。以两步种子生长法合成的纳米金棒作为拉曼增强基底,测量600～1 800 cm-1范围内的拉曼光谱。对比杀螟硫磷乙醇溶液和金棒的光谱,确定杀螟硫磷的特征峰在650,830,1 082,1 241,1 344和1 581 cm-1处。采用简单预处理方法快速提取玉米中的杀螟硫磷残留。将受污染的玉米样品粉碎后,利用乙醇溶剂对残留进行两次提取,每次获取的提取液经离心获得上清液,将上清液合并混匀,在水浴中蒸发浓缩,浓缩后的上清液用于采集SERS光谱。每个浓度制备50个平行样本。各浓度残留提取液中的残留参考值采用色质联用方法测定。对比残留提取液的光谱,1 082,1 241和1 581 cm-1处特征峰强度随残留浓度的降低而迅速变弱甚至消失,650,830和1 344 cm-1处的特征峰直至残留浓度为0.48 μg·mL-1时依然可见。当浓度低至0.37 μg·mL-1时,所测光谱与空白提取液光谱相似。采用主成分分析(PCA)提取不同浓度杀螟硫磷残留光谱的主体信息,其中残留为0.37 μg·mL-1和空白提取液光谱的主成分得分重叠,进而判断SERS方法对玉米中杀螟硫磷残留的检测限可达到0.48 μg·mL-1,低于国家规定的农作物中最大残留限,体现出SERS检测的高灵敏性。选取浓度为14.25 μg·mL-1的50个样本分析其650,830和1344 cm-1处的特征峰强度变化可知,所采集的光谱呈现出较好的重复性,相对标准偏差(RSD)值仅为3.12%。对杀螟硫磷残留的定量分析采用支持向量机回归(SVR)实现,Savitzky-Golay卷积平滑和小波变换(WT)用于本次光谱数据的预处理。校正集和预测集样本的划分采用Kennard-Stone算法实现,模型的性能采用校正均方根误差(RMSEC)、校正集决定系数(R2_c)、预测均方根误差(RMSEP)和预测集决定系数(R2_p)评估。最优模型为SVR结合WT所构建的,具有最小的预测误差,其中校正集的RMSEC=0.103 2 μg·mL-1,R2_ｃ=0.999 74,预测集的RMSEP=0.134 1 μg·mL-1,R2_p=0.999 60。同时,最优模型的预测值与色质联用法所测值基本一致,其预测回收率为95.31%～100.66%。以上表明,SERS结合化学计量学方法检测玉米中杀螟硫磷残留是准确可行的,且有望推广到农作物中多种农药残留的检测,为农产品的安全检测提供一种新思路。     

SERS的煎炸食品中丙烯酰胺速测方法研究

丙烯酰胺是一种具有神经毒性、生殖毒性,遗传毒性及免疫毒性的化合物,被列为2A级致癌物。富含碳水化合物的食物经高温烹饪后,丙烯酰胺暴露风险极大,建立对丙烯酰胺的速测方法具有重要的意义和实用价值。表面增强拉曼光谱技术(SERS)近年来发展迅速,利用高SERS活性纳米结构基底可实现对目标物拉曼"指纹"信号的高灵敏增强。复杂基质中目标物的SERS快速分析需要高活性的基底和高效的净化技术。建立了一种基于复合纳米结构的煎炸食品中丙烯酰胺的SERS快速分析方法。利用纳米银阵列负载纳米金粒子(AgNR@AuNPs)作为增强基底,一是该基底基于AgNR纳米棒之间以及AuNPs纳米粒子之间双重"热点"增强作用,对丙烯酰胺具有较高的SERS增强活性;二是该基底中AgNR为固相基底,每次使用前,利用稀硝酸除去表面氧化物,大大提高了SERS分析稳定性。还研究了AuNPs粒径和样品添加顺序对分析灵敏度的影响。煎炸食品中基质干扰严重,结合QuECHERS快速净化技术,在优化除脂、萃取溶剂及净化材料的用量比例、种类的基础上,选择正己烷为除脂溶剂,水∶乙腈(V/V=1∶1)为提取溶剂, MgSO4+NaCl为净化材料, 5 min内完成检测。分析灵敏度1μg·kg-1,在5~100μg·kg-1内以Δν=1 482 cm^-1为定量峰,实现定量分析,线性相关系数r=0.985, 5个添加浓度下回收率为77.1%~93.6%,相对标准偏差小于4.0%。所建立的方法有望用于食品安全现场检测中。     

纺织品中邻苯二甲酸酯的表面增强拉曼光谱快速检测

随着绿色纺织理念的不断深入,国际上对于纺织品中的有毒有害化学品越来越重视。纺织品中常用的邻苯二甲酸酯(PAEs)具有生殖毒性、致突变和致癌性,可通过空气、水、食物三大途径进入人体,干扰人体的内分泌系统。由于PAEs对生态系统和公共卫生环境潜在不利的影响,近年来引起越来越多人们的关注。目前,检测PAEs的方法主要是色谱法和色-质联用法,这些方法虽然灵敏度高,但是存在着前处理繁琐复杂,耗时久,检测成本高,需要专业技术人员等缺点,不适合生产过程中的快速分析。而其他方法如,酶联免疫法等研究较少,且存在样品基质干扰,易出现假阳性等问题。因此,建立纺织品中邻苯二甲酸酯的快速分析技术具有重要意义。表面增强拉曼光谱(SERS)作为一种分子振动光谱可提供丰富的分子结构信息,具有极高的灵敏度,广泛应用于食品安全、环境监测和国家安全等领域。研究中提出并建立了一种结合便携式拉曼光谱仪,利用SERS实现纺织品中邻苯二甲酸酯的快速定量检测方法。首先利用水合肼将非水溶性的邻苯二甲酸酯类化合物转化为水溶性的邻苯二甲酰肼。同时,利用纳米金溶胶作为SERS基底,使转化后的邻苯二甲酰肼吸附于金溶胶表面,从而实现其拉曼信号的放大与检测。结果表明,通过这种方法,可实现多种邻苯二甲酸酯的快速检测。进一步研究还表明,在5~150 mg·L^-1范围内,邻苯二甲酸酯浓度与其拉曼光谱强度呈线性关系,线性方程为Y=139.04X+5 465.32,相关系数为0.993 0,检出限为5 mg·L^-1。利用该方法,还实现了不同纺织品中多种邻苯二甲酸酯的快速检测,加标回收率达80%以上,且不受纺织品中其他成分的干扰。所建立表面增强拉曼光谱检测方法操作简便、成本低且结果准确,适用于纺织品中邻苯二甲酸酯类增塑剂的快速定量检测。