脂质体基壳层隔绝纳米粒子的合成、功能化及其对痕量物质的“固相萃取-SHINERS检测”

Aiming to the problems existed in the research of shell-isolated nanoparticle-enhanced Raman spectroscopy (SHINERS), such as the harsh synthetic conditions and the difficulty to macroscopic preparation, a novel and simple method for the controllable synthesis of shell-isolated nanoparticles (SHIN) will be designed and put forward in this project. Based on the adsorption-fusion process, together with the subsequent carbonization treatment or sol-gel reaction, a series of carbonous or SiO2 (cerasome) based SHIN can be well fabricated. Since there is no size requirement to the core material of SHIN in this specific method, the inner core material can then be modified for the further functionalization. Based on this strategy, magnetic SHIN can be designed and synthesized. Moreover, the analytical application of magnetic SHIN can also be extended based on the utilization of abundant surface properties of different SHIN, thus leading to the construction of novel ‘solid-phase extraction-SHINERS detection’ method. During this successive analytical process, the magnetic SHIN can not only be utilized as solid phase extractant to selectively enrich the trace sample in the preliminary sample pretreatment stage, but also act as high-active substrate for the Raman spectral analysis in the subsequent detection stage. The enrichment of trace sample on the surface of magnetic SHIN will simplify the total analytical process, and will also greatly enhance the detection performance of the SHINERS analysis meanwhile.

针对目前壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱（SHINERS）研究中所凸显的隔绝纳米粒子（SHIN）合成条件苛刻、难以宏量制备等问题，本项目提出一种基于脂质体制备高质量SHIN的简单、可控、易宏量制备的方法，即通过脂质体在金属纳米粒子表面的吸附、融合，以及后继的不同碳化处理方式或溶胶-凝胶反应制备一系列结构均匀的碳基或SiO2基（cerasome）SHIN。该方法对内核材料尺寸无特殊要求，可通过内核材料的功能化赋予SHIN磁性性能。在此基础上，利用磁性SHIN丰富的表面特性可进一步拓展其在分析检测应用中的功能，并建立“固相萃取-SHINERS检测”分析模式。在该模式中，磁性SHIN不仅可作为样品预处理阶段的固相萃取剂，对液相体系中痕量待测物进行选择性富集，简化分析过程；还可作为后继检测阶段的高活性拉曼基底，实现对待测物的高灵敏检测，有效提高SHINERS分析的检测性能。

壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱（ SHINERS）技术，有效解决了表面增强拉曼散射（SERS）光谱在应用普适性方面的问题。但SHINERS技术的研究受到隔绝纳米粒子（SHIN）合成条件苛刻、难以宏量制备等问题的阻碍。.针对这些问题，本项目首先通过将脂质体引入到SHIN的设计、合成中，提出一种基于脂质体制备高质量SHIN的简单、可控、易宏量制备的方法。即将离子液体功能组分与生物相容性脂质体材料相结合，制备了一种兼具选择识别性和SERS增强双功能的离子液体基脂质体SERS基底liposome-Au。在此基础上，利用SHIN丰富的表面特性可进一步拓展其在选择性分析检测中的应用，并建立“固相萃取-SHINERS检测”分析模式。在该模式中，基底不仅可作为样品预处理阶段的固相萃取剂，对液相体系中痕量阴离子探针进行选择性富集，简化分析过程；还可作为后继检测阶段的高活性拉曼基底，实现对待测物的高灵敏检测，有效拓展SHINERS分析的应用。.将选择性分析特性拓展到新型SERS基底的制备方面，设计、合成了聚合离子液体-还原氧化石墨烯-金新型SERS基底。通过共负载方式构建得到高灵敏SERS检测体系rGO-Poly[ViEtIm]-Au/probes。这种多元一体化SERS检测体系赋予基底优异的反应性、选择识别能力和固相微萃取性能，痕量阴离子探针在基底表面得以富集浓缩，有利于超灵敏SERS检测体系的构建。基于此，rGO-Poly[ViEtIm]-Au基底对MB的检出限低至1.0 × 10-14 M。.其次，我们还对新型SERS检测制样方法及表面等离激元催化反应进行了探索。开发了一种将纳米金属粒子反铺到待测物表面的可视化SERS检测制样方法。还提出了一种利用自组装法合成的稳定性强且可重复使用的硅半导体-银纳米粒子的SERS复合基底的制备方法。课题组研究了在半导体-金属-分子体系中的光致电荷转移机理，且对其光驱电荷转移导致的电子（空穴）对反应进行的调控过程进行分析与说明。.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到其它功能性复合材料的设计、合成和应用中，对壳层纳米材料、金属纳米粒子的可控制备、光电化学器件制备、环境污染物检测等研究的发展起到了促进作用。