用于水环境中有机微污染物检测、具有高灵敏度和高信噪比的虚拟分子印迹与表面增强拉曼散射联用技术的研究

The presence of organic micropollutants in the water environment with the feature of perdurability, bioaccumulation and difficulty biochemical degradation, ect., threat the ecological environment and human health seriously. In our study, we will develop a new high sensitivity and high signal-to-noise ratio method for determining organic micropollutants in water environment by combining dummy molecular imprinting technology with surface-enhanced Raman scattering (SERS) on the basis of molecular imprinting system designs. "Virtual hotspot" theory model is established and discovery of new system is guided, these made SERS spectroscopy become spectrum analysis technology possessing wider applicability and stronger research capability.

有机微污染物在水体中分布广泛，此类物质具有难降解、持久性和可生物积累性等特性，严重危害生态平衡和人类的健康。本课题拟将虚拟分子印迹技术与表面增强拉曼散射（SERS）光谱技术相结合，在分子印迹体系优化设计基础上，通过可控/活性自由基聚合技术制备贵金属-虚拟分子印迹聚合物活性SERS基底，发展水环境中有机微污染物检测的高灵敏度和高信噪比的新技术和新方法。建立“虚拟热点”理论模型，指导新体系的发现，使SERS光谱成为应用性更广和研究能力更强的光谱分析技术。

本项目按照研究计划进行，执行了所有研究内容，完成了既定的研究目标。有机微污染物在水体中分布广泛，此类物质具有难降解、持久性和可生物积累性等特性，严重危害生态平衡和人类的健康。本课题将虚拟分子印迹技术与表面增强拉曼散射（SERS）光谱技术相结合，在分子印迹体系优化设计基础上，通过可控/活性自由基聚合技术制备贵金属-虚拟分子印迹聚合物活性SERS基底，发展水环境中有机微污染物检测的高灵敏度和高信噪比的新技术和新方法。建立“虚拟热点”理论模型，指导新体系的发现。利用化学还原法制备Ag球粒子，通过虚拟印迹技术，用虚拟模板替代目标分子，在Ag球表面包覆虚拟印迹薄膜，制备Ag@DMIPs活性SERS基底，实现其对结晶紫的超灵敏检测。虚拟分子印迹技术的引入，成功地解决了检测过程中背景干扰的问题。才有抗坏血酸-柠檬酸法还原制备形貌分布均匀，分散性良好的Ag球粒子，并在其表面成功包覆虚拟印迹聚合物薄膜，用于孔雀石绿的超灵敏检测，通过计算得到Ag@DMIPs作为SERS基底对孔雀石绿的SERS增强因子高达1.35×1015，比同等条件下Ag球粒子作为SERS基底的增强因子高6个数量级。水凝胶具有优异的生物相容性，因此采用MIP水凝胶法，在水溶液中制备无毒聚合物，以牛血清白蛋白为目标分子，在Ag球表面成功制备MIP水凝胶层，实现对牛血清白蛋白的超灵敏检测。采用密度泛函理论计算氨基酸残基的最佳结构、NBO电荷以及分子静电势，模拟模板分子与功能单体间的功能作用位点，同时进行计算得到溶菌酶氨基酸残基的SERS光谱。优化反应条件，可以调整Ag微球的大小、形状和结构等，使Ag@MIPs复合材料的合成具有可调谐性。理论结合实验，实现对生物标志物溶菌酶的超灵敏检测。此外，进行了分子印迹与表面增强拉曼散射联用技术超灵敏检测生物标志物的初步研究。本课题具有重要的理论意义和实际应用价值。