贵金属/介孔二氧化钛双壳层空心微球的制备及SERS标记性能研究

本项目拟设计制备贵金属/介孔TiO2双壳层空心微球,并作为SERS标记材料检测免疫蛋白。拟以单分散的碳(或磁性碳)胶球为模板，结合静电组装、原位还原等方法在碳胶球表面包覆贵金属纳米粒子；经化学修饰使微球表面功能化，通过氢键、静电引力等弱相互作用实现介孔TiO2可控包覆，去除模板得到贵金属/介孔TiO2双壳层空心微球。利用虹吸作用使SERS探针分子进入微球内与贵金属纳米粒子结合，采用戊二醛交联等方法在介孔壳层表面偶联免疫蛋白实现SERS标记检测。结合多种表征手段，系统考察贵金属纳米粒子形貌、尺寸以及介孔孔道结构和壳层厚度对SERS标记性能的影响及规律；筛选尺寸匹配的贵金属纳米粒子与介孔TiO2，构建有效异质结，揭示界面耦合作用与SERS标记性能的关系。预期利用介孔气阻效应有效保护贵金属纳米粒子活性和SERS探针分子，并通过光在空腔内多重散射和界面耦合作用可获得高效、稳定的SERS标记材料。

SERS标记检测具有灵敏度高、原位、无损等优势，已成为免疫检测方法中重要的分支。常见的SERS标记材料为贵金属纳米粒子。然而由于贵金属纳米粒子表面易腐蚀，且大小、形状以及粒子聚集程度难以控制等问题，严重影响标记材料的SERS稳定性和重现性。研究发现，在贵金属表面包覆壳层可以抑制贵金属的腐蚀问题，但是由于保护壳层多为致密结构，大大削弱了光向微球内部的传输，降低了SERS检测信号的强度。. 针对以上问题，本项目设计合成了贵金属/介孔TiO2双壳层空心微球，利用虹吸作用使SERS探针分子进入微球内与贵金属纳米粒子结合，采用戊二醛交联等方法在介孔壳层表面偶联免疫蛋白实现SERS标记检测。主要研究结果阐述如下：(1)以碳胶球为模板，采用自下而上策略的制备了Au/介孔TiO2双壳层空心微球，系统研究了Au纳米粒子尺寸和介孔形貌对其SERS性能的影响；进一步以4-氨基苯硫醇（4-ATP）修饰的Au/介孔TiO2空心微球为SERS标记材料，实现了人IgG免疫蛋白检测。该材料利用介孔气阻效应有效保护Au纳米粒子活性和SERS探针分子，并通过光在空腔内多重散射和界面耦合作用，展示出优良的SERS标记检测性能。（2）利用两步法制备了具有分级结构的TiO2/Ag复合微球。以4-ATP为探针分子，系统地研究了TiO2/Ag复合微球的SERS活性，其检测限可达到10-7 mol/L。该复合微球作为探针可实现4-硝基苯硫醇还原反应的监测。（3）通过种子的成核阶段和生长阶段有效分离成功制备了高质量的Ag纳米片，使其SPR在485-1200 nm宽范围内调变，并系统地研究了SPR依赖的SERS性能。（4）利用原位还原和控制生长办法制备了Au修饰的有序TiO2纳米管阵列。由于Au粒子之间的长程耦合作用和TiO2辅助的电子转移过程，Au-TiO2纳米管具有稳定的SERS性能。而且由于TiO2自清洁能力，该材料作为SERS基底可重复用于染料分子或者生物分子检测。. 申请人在本项目完成期间共发表带基金资助号的SCI研究论文15篇，大于3的SCI论文11篇；授权专利1项；获得黑龙江省科学技术二等奖(自然类)(第三名)1项。