多层薄膜型拉曼器件的设计、构建及远程调控

本项目拟以银、金、铜等金属为基础来构建有拉曼活性的基底层，通过功能材料合成技术对其形貌、尺度及结构进行调控，连续引入非导电薄膜和有拉曼活性的金属薄膜来设计、构建新型多层薄膜。利用表面增强拉曼光谱、电化学、红外光谱等技术来研究探针生物分子如蛋白质的特征结构、生物活性、界面取向及表面催化反应机理等，深入理解蛋白质结构与功能的关系，构建光电生物传感器件。采用稳态或时间分辨表面增强共振拉曼光谱-电化学联用技术来研究血红素类蛋白质在该体系中的电子传递过程，揭示电子传递机理。考察非导电薄膜和金属薄膜的介电性能及其厚度对探针生物分子拉曼信号的影响，实现光电信号的远程调控。建立表面增强拉曼散射理论模型，探讨非导电薄膜和金属薄膜间拉曼信号的增强机制。利用该体系构建宽电位、宽光谱的新型光电生物传感器件，并拓展其在免疫分析、生物分析、环境监测及药物与蛋白质的相互作用等领域的应用研究。

经过四年的努力，本研究工作达到了预期目标，利用生物小分子(天冬门酰胺、精氨酸、胞嘧啶、谷氨酸、氨基葡萄糖)、有机小分子(乙二胺、N-甲基咪唑、尿素、三聚氰胺、咖啡因、尿囊素、对氨基吡啶、二羟丙茶碱、二甲双胍)、无机离子(Fe3+、NO2-、I-) 等调控，结合电沉积和湿化学等合成技术，合成了具有多级微纳结构的贵金属纳米材料，构建了可控制备高拉曼活性的基底材料，成功构筑Au-AHMT-formaldehyde、Au-MPY–Pb2+、AuPt-MPY-glucose、Au-4-MBA和Au-ATP多层表面增强拉曼活性器件，实现了的表面增强拉曼（SERS）的远程调控，可以用于甲醛、葡萄糖Pb2+、Pb2+以及一些巯基分子的SERS检测。. 由于Au、Ag 、Pd等贵金属材料有良好的拉曼增强效应，我们开展了多级微纳米结构的一元、二元以及多元合金材料的合成方法学的研究。在电沉积、一步湿化学合成、水热合成、溶剂热合成等条件下，探讨了小分子化合物对纳米材料的形貌、SERS光谱性能和光电催化性能的影响，并对其生长机理进行了研究。实验发现氨基（生物）分子对贵金属的可控合成具有良好的调控作用，进而构建多个光电生物传感器件。在该基金的资助下，目前累计发表论文112篇，其中SCI论文109篇，影响因子大于6.0的30篇(2篇Biosens. Bioelectron.；3篇ACS Appl. Mater. Interfaces；3篇Nanoscale；9篇J. Mater. Chem. A；13篇J. Power Sources)，J. Mater. Chem. A前封面论文1篇；J. Mater. Chem. C后封面论文1篇。申报国家发明专利5个，已授权3个；培养研究生来18名，其中8名同学获国家奖学金。