基于纳米异质结/光子晶体复合体系的SERS基底的构筑及其在宫颈癌血清诊断中的应用研究

In this project, the new noble metal-semiconductor (Ag-Cu2O) nano heterojunction/photonic crystal composite substrate, which has high active SERE (Surface enhanced Raman scattering) performance, will be synthesized by using porous silicon photonic crystal and photonic crystal based AAO(Anodic aluminum oxide) as template. Raman signal of blood, which was obtained from Xinjiang Uygur cervical cancer patients, will be analyzed by using new substrate combining with membrane electrophoresis-SERS method, exploring e early cervical cancer screening methods.Mainly includes: At the beginning, exploration the template assisted synthesis technology of noble metal-semiconductor nano heterojunction/photonic crystal composite substrate; secondly, optimization structure and parameter of substrate; once more, study of porous silicon nanostructures and photonic crystal structure for multiple enhancement mechanism of SERS heterojunction arrays;then, selection of highly active composite material SERS substrate, separation of biochemical substances in blood of patients with cervical cancer by using membrane electrophoresis, measuring the SERS spectra; at last, using the fuzzy pattern recognition algorithm, establishing a preliminary SERS database of serum in patients with cervical cancer.This project is based on the development of a new type of SERS substrate, it can also be used to detect other diseases signal. This project is an interdisciplinary application, not only with academic value, but also has important practical value.

本项目分别以多孔硅光子晶体、一维光子晶体基多孔氧化铝为模板，合成Ag-Cu2O为代表的纳米异质结/光子晶体复合体系，获得高活性SERS基底；并采用新型基底，借鉴膜电泳-SERS方法，获取分析新疆高发的宫颈癌患者血液SERS特征信号，探索早期宫颈癌筛查方法。主要包括：研究纳米异质结阵列的模板辅助合成技术；纳米异质结/光子晶体复合体系的构筑及其结构参数的优化；研究多孔硅纳米结构和光子晶体结构对于纳米异质结阵列的多重SERS增强机制；选择高活性的复合材料体系SERS基底，利用膜电泳技术分离宫颈癌患者血液中的生化物质，测试其SERS光谱，通过模糊模式识别等算法，尝试建立初步的宫颈癌患者血清的SERS特征谱数据库。本项目基于研发的新型SERS基底，优化联用的拉曼光谱检测新方法也可应用于人体其他疾病的筛查诊断。本项目是交叉学科应用，不仅具有学术价值，而且具有重要的实用价值。

项目设计制备了纳米异质结/多孔硅光子晶体复合SERS基底、进行了相关实验表征并且完成了相关检测物的检测，主要包括：1.采用电化学腐蚀法示了所制备的硅基SERS基底检测牛血清白蛋白（BSA）和血清样品的能力，并为检测复杂混合物提供了新方法；2.微波法合成磁性离子液体/金纳米粒子SERS基底对氯吡哆的超灵敏检测，我们用制备的基底对甲醇和鸡蛋中的氯吡哆进行检测，检测极限为0.5ppb。在甲醇和鸡蛋溶液中分别存在良好的线性关系（R2=0.9712和0.9298）。鸡蛋样品中氯吡咯的回收率为97.5–103. 2%，RSD值为0.9–2.0%（n=3）。该SERS技术在食品和环境中抗生素的检测和鉴定方面具有很大的潜在应用价值；3.磁性离子液体/金纳米粒子/多孔硅复合SERS基底的简易合成，设计了一种磁性离子液体/金纳米粒子/多孔硅复合SERS基底。使用罗丹明6G（R6G）评估了该复合基底的基本SERS性能，对R6G的检测限为10-14M。结果表明，MIL使Au-NPs/PSi在协同增强和稳定性方面具有很大优势，通过选择或设计IL可以实现对特定物质的超灵敏检测。基于MIL[C6mim] FeCl4功能和结构的特殊性，我们用MIL-AuNPs/PSiSERS基底完成了对砷的高灵敏度检测，检测限可达0.5 ppb。4.选用宫颈癌、乳腺癌患者的血清将其分别在单晶硅，复合AgNPs单层PSi基底以及复合AgNPs PSiPC SERS基底上收集SERS光谱图。结果显示，多层多孔硅基底的增强系数相对于单层多孔硅基底提高了3.17 倍。计算结果显示诊断灵敏度为93.3%，特异性为96.7%，总准确率达到了95%。该芯片的设计研发为进一步实现早期癌症的检测奠定了基础。