用于水体系的可视共振拉曼探针的制备研究

Surface-enhanced Raman scattering(SERS) technology is widely used as an analytical tool with high sensitivity in the life science in recent years. The one of preconditions for application in the life science is that SERS probe can be used in aqueous solution. In this work, preparation of visible resonance Raman probe for being used in aqueous solution will be investigated. Rhodamine 6G（R6G）is a good resonance Raman probe molecule. But, it is difficult for R6G to be used in aqueous solution due to the fact that the adsorption capacity of R6G on noble metal surfaces is weak. A novel kind of rhodamine derivative with di-thiol on the same side is designed and synthesized with R6G as its main structure by considering that R6G is a good resonance Raman probe molecule and thiol group should adsorb favorably on noble metal surfaces by forming an M-S bond. The di-thiol terminated rhodamine derivative can still 'anchor' on noble metal surfaces in aqueous solution due to di-thiol as the absorbing groups. Thus, the rhodamine derivative can be used as a probe molecule in aqueous solution. On the other hand, we will establish an emulsion-controlled method for the preparation of core/shell materials. A series of visible SERS substrates are synthesized with rare-earth-element-doped upconversion nanocrystals as core and gold nanoparticles as shell (non-continuous shell) by using the emulsion-controlled method. Upconversion fluorescence in rare-earth-element-doped upconversion nanocrystals can be modulated by using gold nanoparticles. The visible SERS substrates will be of great benefit to its application in the life science due to the fact that it can be used as a tracer.

表面增强拉曼散射（SERS）光谱作为一种超灵敏的分析技术在生命科学领域得到了广泛地关注。SERS探针在生命科学领域中应用的前提之一就是可用于水体系。本项目旨在通过对探针分子和基底的设计合成，实现可用于水体系的可视共振拉曼探针的制备。罗丹明6G（R6G）是理想的共振拉曼探针分子，但是它在贵金属表面吸附能力弱，难以在水体系中应用。本工作利用巯基在金表面吸附强的特点，结合R6G的共振增强拉曼效应，以R6G为母体，设计并合成同侧带有双巯基的新多环芳香化合物，这样通过"双齿"巯基吸附，使其在水体系中能稳定地"锚合"在金基底上，解决R6G等探针分子难以在水体系中应用的问题。又本项目欲建立乳液控制合成核壳材料新方法，通过该法制备以稀土上转换发光材料为核，以金为壳（非完整封闭壳），利用纳米金对内核发光性能的调制，制备可视SERS基底，解决SERS基底示踪难的问题，为其在生命科学领域中的应用带来便利。

表面增强拉曼散射（SERS）光谱因其灵敏度高、可用于水体系而在生命科学领域受到广泛的重视。然而，常规拉曼探针分子在贵金属表面吸附能力弱，难以在水溶液中与基底材料形成稳定的SERS检测体系。此外，SERS基底在实际应用中也存在示踪困难的问题。.针对这些问题，本项目首先通过对常规拉曼探针分子的有机修饰，设计、合成了具有“同侧双齿”巯基结构的系列SERS探针分子。该类探针分子在保持常规探针分子固有特征谱峰的同时，实现了其在Au、Ag等检测基底上稳定、牢固的复合。这对于获取兼具高稳定性和高灵敏度的拉曼光谱信息具有重要意义。此外，本项目还设计、合成了具有“异侧双齿”巯基结构、可与基底材料“双向吸附”的探针分子。利用这种具有桥连作用的探针分子可实现探针分子与Ag纳米粒子的组装，促使探针分子定位于两个邻近微观拉曼增强基底所形成的热点上。因此，该类探针分子兼具信号发生和组装、热点定位等功能。这种设计思路将为多功能探针分子的制备提供新的思路。.其次，利用非完整包覆的核壳材料设计、合成了系列新型可视化拉曼增强基底，实现了上转换发光光谱和拉曼光谱等双光谱在同一基底材料上的同时实现以及响应信号的双增强。这种新型水溶性核壳材料的设计及其独特的功能性，不仅为进一步理解光谱增强机制、材料的构效关系奠定了基础，还可应用于生物领域中重要疾病标志物的示踪监测。.在以上研究的基础上，将项目进展过程所积累的合成方法、材料构效关系等拓展、应用到其它功能性复合材料的设计、合成中，为壳层隔绝纳米粒子、智能型SERS基底、Janus催化剂、新型荧光探针分子等研究的发展起到了促进作用。由此产出的研究成果，诸如生物传感器、荧光成像检测和燃油乳化脱硫等具有潜在的应用价值。