湖南大学 硕士学位论文 核壳型AgSiO纳米颗粒SERS标记物的合成及其在生物分析 中的应用 姓名：梁毅 申请学位级别：硕士 专业：分析化学 指导教师：俞汝勤 20080526 核壳型 AgSiO2纳米颗粒 SERS 标记物的合成及其在生物分析中的应用 II 摘 要 纳 米 技 术 与 表 面 增 强 拉 曼 散 射 （ SERS） 相 结 合 发 展 起 来 的 基 于 纳 米 颗 粒 的 SERS 标 记 物 综 合 了 拉 曼 光 谱 和 纳 米 颗 粒 的 诸 多 优 点 ， 可 应 用 于 生 物 分 析 化 学 的 各 方 面 ，具 有 很 好 的 应 用 前 景 。本 论 文 针 对 纳 米 颗 粒 SERS 标 记 物 的 前 沿 问 题 ， 以 AgSiO2纳 米 颗 粒 SERS 探 针 为 研 究 重 点 ， 提 出 新 的 合 成 方 法 ， 开 展 了 核 壳 型 AgSiO2纳 米 颗 粒 SERS 标 记 物 的 合 成 与 特 性 表 征 ， 具 有 多 孔 的 二 氧 化 钛 膜 的Fe3O4AgTiO2纳 米 颗 粒 复 合 物 SERS 基 质 的 合 成 以 及 核 壳 型 AgSiO2纳 米 颗 粒 SERS 标记物在 DNA 检 测 和 免 疫 检测的应用等方面的 研究工作。具体内容如下： 1. 核 壳 型 AgSiO2纳米颗粒 SERS 标记物的合成 在 第 二 章 中 ， 我 们 采 用 油 包 水 型 反 相 微 乳 液 技 术 合 成 了 包 埋 异 硫 氰 罗 丹 明 染 料 的 AgSiO2核 壳 纳 米 颗 粒 SERS 标 记 物 。 采 用 这 种 方 法 合 成 时 ， 纳 米 银 的 形 成 、 染 料 在 纳 米 银 表 面 上 的 键 合 和 二 氧 化 硅 壳 层 在 纳 米 银 与 染 料 上 面 的 形 成 都 是 在 一 个 微 反 应 器 中 进 行 的 。 因 此 ， 在 合 成 过 程 中 不 需 要 把 纳 米 金 属 进 行 亲 玻 璃 性 预 处 理 。 此 外 ， 我 们 所 制 备 的 AgSiO2 纳 米 颗 粒 SERS 标 记 物 具 有 核 壳 纳 米 结 构 ， 这 种 核 壳 结 构 包 括 纳 米 银 核 、 通 过 强 化 学 键 吸 附 在 银 核 表 面 的 染 料 分 子 和 包 覆 在 最 外 层 的 二 氧 化 硅 外 壳 。这 种 SERS 标 记 物 具 有 很 强 的 表 面 增 强 拉 曼 散 射 信 号 ，并 且 分 散 在 不 同 溶 剂 中 不 会 发 生 团 聚 ， 所 包 埋 的 染 料 分 子 不 会 游 离 出 来 且 不 受 壳 外 分 子 的 影 响，表现出很好的稳定性。 2. 多 孔 Fe3O4AgTiO2纳米颗粒复合物 SERS 基质的合成 在 第 三 章 中 ，我 们 制 备 了 一 种 既 能 与 常 见 的 拉 曼 活 性 物 产 生 SERS 信 号 ，本 身 又 具 有 磁 性 的 新 型 SERS 基 质 。这 种 SERS 基 质 是 由 Fe3O4Ag 核 壳 纳 米 颗 粒 表 面 包 覆 一 层 多 孔 的 纳 米 TiO2薄 膜 所 形 成 的 纳 米 复 合 物 。 这 种 基 质有望成为一种 SERS 底物用于分离和浓缩待测物。 3. 核 壳 型 AgSiO2纳米颗粒 SERS 标记物在生物分析中的应用 我 们 合 成 的 AgSiO2核/壳 的 纳 米 颗 粒 拉 曼 标 记 物 具 有 很 强 的 SERS 信 号 和 非 常 好 的 稳 定 性 ， 并 且 该 SERS 标 记 物 的 二 氧 化 硅 外 壳 使 其 表 现 出 良 好 的 水 溶 性 和 生 物 相 容 性 。因 此 ，我 们 将 AgSiO2核/壳 的 纳 米 颗 粒 拉 曼 标 记 物 制 成 纳 米 颗 粒 SERS 核 酸 探 针 和 免 疫 探 针 用 于 生 物 样 品 的 分 析 。 (1)在 第 四 章 中 ，我 们 把 包 埋 了 异 硫 氰 罗 丹 明 B 染 料 的 AgSiO2核 壳 纳 米 颗 粒SERS 标 记 物 制 成 核 酸 探 针 并 结 合 作 为 固 定 基 质 和 分 离 手 段 的 硕士学位论文 III 包 覆 了 二 氧 化 硅 壳 的 磁 性 纳 米 颗 粒 ， 对 与 HIV 相 关 的 DNA 序 列 进 行 检 测 。 这 种 方 法 具有高选择性和放大信号等优点。 (2)在 第 五 章 中 ，我 们 把 包 埋 了 异 硫 氰 罗 丹 明 B 染 料 的 AgSiO2核 壳 纳 米 颗 粒 SERS 标 记 物 制 成 免 疫 探 针 ， 以 包 覆 了 二 氧 化 硅 壳 的 磁 性 纳 米 颗 粒 为 固 定 基 质 和 分 离 手 段 ，采 用 夹 心 法 检 测 了 癌 症 标 志 物 人 甲 胎 蛋 白 。 采 用 这 种 方 法 ， 我 们 可 以 检 测 到 AFP 的 最 大 浓 度 为 0.12 g/ml， 检 测 下 限 为 11.5 pg/ml。 关 键 词 ： 表 面 增 强 拉 曼 散 射 ； 纳 米 颗 粒 标 记 物 ； 磁 性 纳 米 颗 粒 ； 免 疫 分 析；人 AFP；HIV 基因 核壳型 AgSiO2纳米颗粒 SERS 标记物的合成及其在生物分析中的应用 IV Abstract Nanoparticle-based surface-enhanced Raman scattering (SERS) tags developed with the integration of nanotechnology and SERS possesses broad implications in a variety of areas in biology and analytical chemistry. This dissertation poeuces on the research on biocompatible core-shell nanoparticle-based AgSiO2 surface-enhanced Raman scattering (SERS) tags including the synthesis and characteristic of nanoparticle-based AgSiO2 surface-enhanced Raman scattering (SERS) tags and the applications of this SERS tags in DNA detection and immunoassays. Moreover, porous titania film coated Fe3O4AgTiO2 magnetic nanocomposite has been prepared as a novel substrate for efficient surface-enhanced Raman scattering. The details are summarized as follows: 1. The synthesis of core-shell nanoparticle-based AgSiO2 SERS tags In chapter 2, we synthesized core-shell nanoparticle-based AgSiO2 SERS tags using W/O reverse micelle technique. Using the proposed method, different processes including the preparation of silver nanoparticles, the conjugation of dye molecules and the formation of silica shell resulted from the hydrolyzation and condensation of tetraethyl orthosilicate(TEOS) were completed in a microreactor. Compared to the method reported in literature, the proposed methodology eliminates the necessity of vitrophilic pretreatment during the preparation of metal nanoparticles. Furthermore, core-shell nanoparticle-based AgSiO2 SERS tags prepared in our work, in which the dye molecules are adsorbed on the surface of silver core by strong chemical bond and the silver core and dye molecules are embedded in silica shell, possess advantages of providing highly efficient SERS signal and favorable stability. 2. The synthesis of porous Fe3O4AgTiO2 nanocomposite SERS substrate In chapter 3, we prepared a novel SERS substrate which not only exhibited strong surface enhanced Raman scattering signal upon contacting with the common Raman active dyes, but also possessed the property of supermagnetism. The SERS matrix was the nanocomposite of Fe3O4Ag 硕士学位论文 V core-shell nanoparticles encapsulated with a thin porous TiO2 layer. This matrix has the potential of being used as a SERS substrate for separation and preconcentration of the analyte. 3. The applications of core-shell nanoparticle-based AgSiO2 SERS tags in bioanalysis Core-shell nanoparticle-based AgSiO2 SERS tags can be applied to bioanalysis owing to their silica shell, nice biocompatibility, easy functionalization with biomolecules and strong SERS signal and nice water-solubility. (1) In chapter 4, we employed AgSiO2 SERS tags with oligonuleoties as detection probes and core-shell magn