基于有序多孔可调等离子体共振金纳米结构基底的生物传感研究

针对有序多孔固态金属纳米结构基底既具有很好的LSPR光谱重现性及可调性又有高效的SERS增强效应的特点，构建有序多孔可调等离子体共振的金纳米结构基底，选择2，4-二硝基苯甲酸及其抗体以及糖化血红蛋白及其配基和抗体等作为典型的小分子和生物大分子检测体系，建立基于该基底的生物传感检测新方法，研究抗体及配基分子等在基底多孔层中的固定以及抗原-抗体等生物分子相互作用，探索利用LSPR和SERS两种互补模式检测样品，比较两种检测原理的优缺点，在同一基底上实现LSPR与SERS分析技术的组合，用LSPR位移对靶标分子的结合进行表征，用SERS进行分子信息鉴别，为实现实际临床样品如糖化血红蛋白等的高灵敏度及高精密度检测提供理论基础。

本项目旨在构建有序多孔可调等离子体共振的金纳米结构基底，探索利用局域表面离子体共振（Localized surface plasmon resonance, LSPR）和表面增强拉曼光谱(Surface-enhanced Raman Scattering, SERS)生物传感检测分子特异性结合和分子信息等。在过去的4年时间里，课题组完善了有序排列、厚度可控及大面积均匀的二氧化硅胶体晶膜的制备体系，制备出满足各种需要的不同直径和厚度的氨基化二氧化硅胶体晶膜；以吸附的金纳米粒子为核，选择不同还原剂，还原AuCl4-，通过控制反应速度和沉积时间，在二氧化硅胶体晶膜微球表面沉积金制备了金纳米壳层复合结构；通过控制微球直径、金纳米壳层结构的厚度以及表面裂纹等调控LSPR，研究了SERS对于LSPR吸收峰波长的依赖性；制备了满足生物传感检测需要的高质量有序多孔金纳米结构基底并研究了各种实验条件对其LSPR和SERS性质的影响，通过调节LSPR使SERS信号最优化；在金纳米结构基底的多孔层表面均匀、高效地固定抗体及配基分子，提高了固定效率和固定化抗体及配基分子的稳定性，研究了靶标分子在不同孔径多孔层中的流体性质；以小分子、抗原以及血红蛋白及其配基和抗体作为典型的检测体系，利用LSPR位移检测抗原-抗体、配基-生物大分子等的结合过程及结合容量等，得到了生物分子相互作用的标准曲线、结合常数及检测灵敏度等，研究了非特异性吸附对检测的影响；利用基于SERS分子独特的振动能级和相应的拉曼指纹图谱检测和鉴别了分子信息，证明了LSPR与SERS检测的互补性等。课题组将设计的多孔金纳米结构基底及探针应用细胞检测研究，拓展了研究思路。主要创新点体现在以三维有序金纳米壳阵列为载体制备了单、多层有序多孔金纳米材料，通过对有序金纳米壳阵列及多孔金纳米结构表面修饰，实现了分子特异性结合以及相应的拉曼指纹图谱变化的LSPR、SERS检测。已发表标注基金号SCI论文24篇，申请国家发明专利1项，获国家发明专利授权3项，研究按计划顺利完成，取得预期成果。