基于表面增强拉曼散射技术实现对辅酶NADH的定量检测

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sym1989
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
拉曼散射(Raman Scattering)是由入射光照射到介质表面,与介质中的分子产生相互作用,光波的频率在被分子散射后发生改变的一种特殊效应。散射光与入射光之间的频率变化值由分子本身决定,每种分子都会使光波产生不同的频率变化。因此,由不同分子组成的物质都有它各自的拉曼光谱,也由于这个原因,拉曼光谱被称为“指纹谱”。拉曼光谱可以为我们提供分子结构、分子内部键振动等信息,被广泛应用于科研工作中。但拉曼散射技术也有其自身的局限性,物质分子极小的拉曼散射截面(一般为10-25~10-30cm2·sr-1)致使其散射强度微弱,在实际的检测中很多时候不能满足测试需求,尤其是在检测微痕量物质方面。  表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)技术主要是由粗糙金属表面的自由电子在激光的激发下产生共振,使电场强度增强,进而使得吸附在金属表面的分子的拉曼信号强度增大。SERS光谱技术具有多方面优势,如响应速度快、信号灵敏度高、无损检测等,同时还克服了常规拉曼光谱信号强度低的缺点,能够用于检测微痕量待测物质,被普遍应用于化学、生物、医学等诸多领域。随着近些年来纳米制备技术的突飞猛进,性能优良的SERS基底制备也取得了很大进步。由于贵金属材料不易发生带间跃迁,如果选择合适的激发波长,就可以避免带间跃迁的发生从而防止入射光子的能量转化为热能,可以实现高效的表面等离子体共振,因此,SERS基底制备主要采用金、银、铜等贵金属材料体系。  本文采用电化学方法腐蚀纯金膜,制备出多孔金SERS基底。在电化学反应中,可以通过控制相关反应条件实现对SERS基底形貌的精确调控,主要控制参量为反应温度、扫描周期和扫描速率。随后,基于制备出的一系列不同孔径的SERS基底的微结构和物性表征,筛选出SERS性能最优的多孔金基底。致密均匀的多孔金基底中孔与孔之间相互交联,形成多通道结构,提供了丰富的SERS“热点”。基于此基底,本文对还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)进行了系统检测,采用酶法实现了间接检测NADH,并达到了快速、定量、痕量检测的目的。本论文的具体内容总结如下:  一、多孔金基底的制备、结构表征及性能优化。首先,在盖玻片表面沉积厚约100 nm的贵金属金层(盖玻片起支撑作用),从而得到平整光滑的金膜。采用电化学循环伏安法,结合三电极体系,将金膜作为工作电极。在循环制备过程中,电解液中的锌原子不断的在金电极表面沉积或脱离,发生合金-脱合金反应,反复此过程使金膜表面逐渐粗糙化,形成多孔金结构。通过控制反应温度、扫描周期、扫描速率三个主要实验参数,完成对基底微纳结构的优化。结果显示,当温度高于50℃时,金电极表面才开始出现多孔形貌,并且随着扫描周期和扫描速率的增加,孔尺寸逐渐变大。为了选取SERS性能最优的基底,对不同条件下制得的基底均进行了SERS增强性与重现性表征。在拉曼增强性表征实验中,利用一系列多孔金基底对浓度为10-2~10-9 M的罗丹明6G(R6G)溶液进行SERS测试。通过对比发现,在反应温度为50℃、扫描周期为20圈、扫描速率为5 mV/s条件下制备得到的SERS基底检测限可以达到10-7M。而且在基底重现性测试实验中,也是在此条件下制得的基底性能最优。因此,此实验条件为制备多孔金SERS基底的最佳条件,在后续实验中利用该条件下制得的拉曼活性基底进行SERS测试。  二、基于多孔金基底建立一种新颖的NADH检测方法——间接法。NADH是细胞代谢中一种必不可少的重要分子,其含量多少将直接影响活体细胞的代谢功能。因此,如何实现对NADH的快速、定量、痕量检测在生物、医学等方面具有重要意义。本课题首先利用金/银基底等对NADH进行检测,基于SERS光谱分析发现NADH在基底表面极不稳定,且产生了新的反应过程,致使其性质发生变化,严重影响了对其浓度的测量,难以实现定量检测。进而,我们寻找出一种间接法实现对NADH的检测,具体是在第一步反应中促使NADH发生氧化生成H2O2,第二步反应中利用H2O2将色原氧化成色素,通过检测色素的SERS光谱来间接检测NADH。实验中,对8种常用色原进行了筛选,色原邻联甲苯胺(OT)因其优越的性质而被选定作为后续所用色原。OT对应的色素OT diimine具有可以与色原OT区分开的明显的拉曼特征峰,且检测限可以达到实际应用的水平。随后,通过实验上对OT浓度的优化,当浓度为2×10-3M时,OTdiimine的1448 cm-1特征峰积分强度(S1448)与H2O2浓度(C(H2O2))的对数线性关系范围为10-3~10-6M,线性范围最广。通过采用此浓度的OT建立起了lgS1448与lgC(H2O2)之间的线性关系并得到线性方程。最后,利用两组不同浓度的NADH进行实验,对线性关系进行了验证,结果显示两组实验对数误差均小于3%,表明线性关系精确度高,可用于实际过程中对NADH浓度的快速、定量、痕量检测。
其他文献
随着社会生产水平的发展,在智能材料、通讯干线、电力传输线、油气管道、桥梁大坝等重要生产生活设施的实时监测领域,分布式光纤传感系统因其传感无盲点、便于成网、抗电磁干
本论文中利用基于密度泛函理论的VASP软件包,首先使用DFT+U方法对镧系元素掺杂调制锐钛矿的光催化情况进行了第一性原理计算,主要研究了镧系元素对锐钛矿TiO2电子结构的调制
多晶硅太阳电池具有很高的性价比(低成本、高效率),因而占据了光伏产业80%左右的市场份额。由于其体内的各种类型缺陷,如晶界、位错、微缺陷和切割损伤等,加之常规酸刻蚀得到的微米