基于激光介导富集的表面增强拉曼生物分析应用研究

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表面增强拉曼散射光谱(Surface enhanced Raman scattering,SERS)作为一种超灵敏无标记的分子检测方法,在生物医学领域应用广泛。然而,液体介质中的SERS检测依赖于分析物与SERS热点的高度结合,因此,在高度稀释的溶液中实现对SERS活性分析物的SERS检测是非常具有挑战性的。另外,在对实际的生物样本中的目标分析物进行SERS检测的过程中,非目标分析物常常会竞争性地吸附于SERS基底表面,从而导致目标分析物的信号被杂质或共存分子掩盖,并且有时会产生很强的背景荧光,造成检测上的困难,因此人们常常在SERS测试前对目标分析物进行预富集和分离,然而生化样品的前处理往往需要数个步骤,耗时几个小时至十几个小时,所以简单快捷的富集检测手段对于生物样本的SERS检测有着重要意义。此外,SERS基底的均一性和目标分子的分布以及来自测量条件和微环境中的各种因素都会影响SERS定量分析的可靠性。因此寻找一种能够提高SERS定量检测可靠性的方式也有着重要的研究价值。针对上述问题,本工作基于兼具有优异SERS性能和良好的光热效率的金石墨烯纳米囊(Graphene-isolated-Au nanocrystal,GIAN)能够在水(H2O)-二氯甲烷(Dichloromethane,DCM)相界面自组装以及GIAN能够通过π–π相互作用与待测物分子结合的特性,构建基于激光介导的待测物分子高效富集策略,并用于血清以及小鼠血液中药物分子检测。具体内容如下:(1)在第二章中,制备与表征GIAN颗粒,并考察了该颗粒在不同有机溶剂中稳定性、SERS增强效果、界面自组装特性以及光热转换效率。并根据该颗粒能够在H2O-DCM两相界面自组装、具有良好的光热转换效果的特点,构建了激光介导的富集策略。该策略具体指H2O-DCM界面处具有优异的光热升温能力的GIAN在激光照射下大量产热使得内部DCM小油滴上下往复运动,并在这过程中同时伴随着DCM的挥发,从而实现目标分析物浓缩的过程。结果表明该策略简单快捷,富集效果显著。为色谱、质谱、拉曼等检测手段提供一种耗时短、操作简便的预处理方式。(2)第三章以9,10-双苯乙炔基蒽(9,10-Bis(phenylethynyl)anthracene,BPEA)作为模型分子继续探究该激光介导富集体系在SERS检测方面应用。利用BPEA分子在DCM中的分配系数大于其在H2O中的分配系数以及富含π电子体系的GIAN外壳能够通过π-π相互作用与BPEA结合的性质来实现痕量BPEA分子检测。实验证明,该策略应用于SERS检测具有灵敏度高、定量分析准确性高、重现性好、均匀性高以及可实现复杂环境下的痕量分析物的检测等优势。(3)第四章主要介绍激光介导富集体系在SERS检测卡马西平(Carbamazepine,CBZ)的应用。本章节通过对CBZ进行SRES定量分析,并能在水相、胎牛血清相、以及真实的小鼠血液样本中进行痕量的CBZ的SERS检测,展现了该策略在药代监测的巨大潜力。
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