提出一种联合表面增强拉曼散射(SERS)与卷积神经网络(CNN)的方法，并将其用于食源性致病菌的快速鉴定。以带正电荷的银纳米颗粒(AgNPs^＋)为SERS 基底，采集了金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、副溶血性弧菌以及单增李斯特菌的SERS指纹谱，并在这些数据上训练了一个包含11个一维卷积层的残差网络ResNet11用于这4种病原菌SERS指纹谱的分类识别。实验结果表明：AgNPs^＋是一种优秀的SERS增强基底，可在624 cm^－1、730 cm^－1等波段增强4种病原菌的主要拉曼峰；构建的ResNet11分类器对10⁷ mL^－1菌液分子浓度下采集的SERS指纹谱取得了99.30%的分类识别准确率，并且对10³ mL^－1菌液分子浓度下采集的SERS指纹谱取得98.00%的识别准确率。

该研究以重金属铅离子（Pb2+）为研究对象，构建双硫腙修饰的银纳米颗粒，利用氧化-还原法和表面增强拉曼技术，成功实现了对铅离子的循环表面增强拉曼检测。该功能材料对铅离子的检测响应范围为1 nM~10 μM，检出限可达0.35 nM，将该方法用于实际环境水样中铅离子的检测，回收率为91.6%~106.8%，相对标准偏差在4.1%~7.9%之间。该方法具有操作简单、测定快速和可重复使用等特点，因而在环境样品中重金属离子快速检测方面具有巨大的应用前景。且该研究对环境中其他污染物的研究提供了重要的参考信息。

We present a facile and effective method for fabrication of the localized surface plasmon resonance (LSPR) optical fiber sensor assisted by two polydopamine (PDA) layers with enhanced plasmonic sensing performance. The first PDA layer was self-polymerized onto the bare optical fiber to provide the catechol groups for the reduction from Ag+ to Ago through chelating and redox activity. As the reduction of Ag+ proceeds, Ag nanoparticles (NPs) were grown in-situ on the PDA layer with uniform distribution. The second PDA layer was applied to prevent Ag NPs from oxidating and achieve an improvement of LSPR signal. The PDA/Ag/PDA-based optical fiber sensor has an enhanced LSPR sensitivity of 961 nm/RIU and excellent oxidation resistance. The stable PDA/Ag/PDA-based LSPR sensor with high optical performance is very promising for future application in optical sensing field.

表面增强红外光谱(SEIRAS)是一种极具潜力的分析技术, 近年来被广泛应用于诸多领域。 SEIRAS技术的关键在于具有红外增强效应的基底, 但目前已有的SEIRAS基底制备的成本、 步骤和耗时等都还有待优化。 金属材料由于其不透光性, 通常难以用作透射模式(T-SEIRAS)基底的衬底, 本研究创新性地使用具有三维孔隙结构的泡沫铜材料作为衬底, 基于置换反应在泡沫铜上负载银纳米粒子, 研发出一种快速、 简便、 低成本的T-SEIRAS基底制备方法。 优化了银离子溶液浓度、 表面活性剂用量、 反应时间等主要影响因素, 结果表明: 硝酸银(0.2 mmol·L-1)用量为10 mL, 聚乙烯吡咯烷酮(PVP)(0.05 g·mL-1)用量为2 mL, 反应时间为30 s时, 基底红外增强效果最好。 通过扫描电镜(SEM)、 X射线光电子能谱(XPS)对SEIRAS透射基底的表征, 表明从几十到一百纳米尺度的银纳米被成功负载于泡沫铜衬底上。 优化制备的银纳米-泡沫铜SEIRAS透射基底可对探针分子11-巯基十一烷酸(MUA)及福美双农药产生明显的红外信号增强, 对MUA在1 689 cm-1处的增强达32.7倍, 对福美双在1 371 cm-1处的增强达2.9倍。 分别考察了福美双1 236, 1 371和1 495 cm-1处的吸收信号强度与浓度的线性拟合情况, 1 236 cm-1处的线性最优, 相关系数为0.923。 该基底对福美双的检出限为0.024 mg·mL-1。 研究结果为快速、 简便制备SEIRAS透射基底提供了新方案, 为福美双等有机污染物的现场应急快速检测提供了新思路。

三价稀土离子上转换发光有着一些很有价值的应用技术: 波导上转换及放大和激光、 上转换三维立体显示、 飞秒光谱应用、 激光控温、 三维成像与存储、 光学温度感应系统、 牙科等生物物理应用、 上转换荧光防伪、 上转换宽带光源、 和上转换红外显示片等。 因为受到太阳能电池发展需求的促进, 上转换研究再度呈现出澎湃的研究热潮。 目前, 利用金属表面等离子体共振的近场增强效应能够有效增强其表面附近的荧光物质的发光的特性, 有可能较大幅度的提高上转换发光的强度, 从而有可能进一步把上转换发光推向实用。 利用离子引入法, 在铋化物的发光玻璃中引入银颗粒。 研究结果表明银表面等离激元的表面等离子体共振吸收峰位于580～600 nm; 而且, 加热时间的延长导致了表面等离子体共振吸收峰的剧烈增强和稍微蓝移。 978 nm半导体激光能够导致531.0, 546.0和657.5 nm的三组Er3+的2H11/2→4I15/2, 4S3/2→4I15/2, 4F9/2→4I15/2的双光子上转换荧光, 978 nm激光激发掺铒铋化物发光玻璃的上转换发光的机理是第一步的4I15/2→4I11/2共振基态吸收和随后的第二步的4I11/2→4F7/2的共振激发态吸收; 纳米银的表面等离激元的引入促成铋化物发光玻璃中铒离子的978 nm激光激发的上转换发光最大增强了272.0%倍。 1 539 nm半导体激光能够导致波长为528.0, 547.0, 657.0和795.0 nm的四组Er3+的2H11/2→4I15/2, 4S3/2→4I15/2, 4F9/2→4I15/2和4I9/2→4I15/2的上转换荧光; 1539 nm激光导致的528.0 nm 2H11/2→4I15/2和547.0 nm 4S3/2→4I15/2上转换荧光的机理主要是1 539 nm激光的4I15/2→4I13/2, 4I13/2→4I9/2和4I9/2→2H11/2的三步光激发吸收跃迁过程, 1 539 nm激光导致的657.0 nm 4F9/2→4I15/2上转换荧光的机理主要是1 539 nm激光的4I15/2→4I13/2, 4I13/2→4I9/2和4I11/2→4F9/2的三步光激发吸收跃迁过程; 纳米银的表面等离激元的引入导致了铋化物发光玻璃中铒离子的1 539 nm激光激发的上转换发光最大增强160.3%倍。 显然, 靠近银表面等离激元共振吸收峰的978 nm激光上转换的增强效果比1 539 nm激光的要好。

局域表面等离激元可以由自由空间的光直接激发, 这也是局域表面等离激元的优点所在。 研究铋化物发光玻璃中纳米银颗粒的表面等离激元对铒离子发光的增强效应、 进一步的提高铋化物发光玻璃中铒离子的发光性能很有意义。 首先, 测量了(A) Er3+(0.5%)Ag(0.5%): 铋化物发光玻璃与(B) Er3+(0.5%): 铋化物发光玻璃样品的吸收谱, 发现(A) Er3+(0.5%)Ag(0.5%): 铋化物发光玻璃在约600.0 nm处有一个较弱的宽的银表面等离激元共振吸收峰。 同时发现两者都有典型的铒离子的吸收峰, 它们的吸收几乎完全一样： 在波峰形状、 峰值强度和峰值波长等方面都很相近。 测量了(A) Er3+(0.5%)Ag(0.5%): 铋化物发光玻璃和(B) Er3+(0.5%): 铋化物发光玻璃样品的激发谱, 发现有位于379.0, 406.0, 451.0, 488.0和520.5 nm的5个550.0 nm可见光的可见激发谱峰, 和位于379.0, 406.5, 451.0, 488.5, 520.5, 544.0, 651.5和798.0 nm的8个1 531.0 nm红外光的红外激发谱峰, 容易指认出依次为Er3+的4I15/2→4G11/2, 4I15/2→2H9/2, 4I15/2→(4F3/2, 4F5/2), 4I15/2→4F7/2, 4I15/2→2H11/2, 4I15/2→4S3/2, 4I15/2→4F9/2和4I15/2→4I9/2跃迁的吸收峰, 通过测量发现(A) Er3+(0.5%)Ag(0.5%): 铋化物发光玻璃相对于(B) Er3+(0.5%): 铋化物发光玻璃样品的可见和红外激发谱的最大增强依次分别是238%和133%。 最后, 测量了它们的发光谱, 发现有位于534.0, 547.5和658.5 nm的三组可见发光峰, 容易指认出依次为Er3+的2H11/2→4I15/2, 4S3/2→4I15/2, 4F9/2→4I15/2荧光跃迁。 还发现红外发光峰位于978.0和1 531.0 nm, 依次为Er3+的4I11/2→4I15/2和4I13/2→4I15/2的荧光跃迁。 通过测量发现(A) Er3+(0.5%)Ag(0.5%): 铋化物发光玻璃相对于(B) Er3+(0.5%): 铋化物发光玻璃样品的可见和红外发光谱的最大增强依次分别是215%和138%。 对于银表面等离激元增强铒离子发光的机理, 认为主要为纳米银颗粒的局域表面等离激元共振, 造成金属纳米结构附近产生的局域电场的强度要远大于入射光的电场强度, 从而导致了金属纳米结构对入射光产生强烈的吸收和散射, 进而导致了荧光的增强； 即局域表面等离子体共振局域场的场增强效应。

在食品和环境监测中, 大肠杆菌是一个重要指标细菌, 因此, 对大肠杆菌的监测和灭菌效果也引起了人们广泛的关注。 基于荧光光谱检测技术具有的灵敏度高、 速度快、 稳定性强等优点, 利用荧光光谱技术研究了大肠杆菌的发射峰强度与大肠杆菌浓度的内在变化规律, 得到了一种更加方便、 快捷、 监测浓度更低的大肠杆菌计数方法。 采用289 nm的激发光照射大肠杆菌水溶液, 得到大肠杆菌的荧光发射光谱; 改变大肠杆菌溶液的浓度, 得到不同浓度大肠杆菌溶液的荧光光谱, 并分析大肠杆菌特征峰强度与大肠杆菌浓度的关系。 在此基础上, 利用荧光光谱技术研究了银纳米颗粒对大肠杆菌荧光发射的影响, 分析了银纳米颗粒对大肠杆菌的灭菌效果, 结果表明: (1)当289 nm的激发光照射大肠杆菌水溶液时, 大肠杆菌分别在332和425 nm两处有明显的荧光特征峰; 荧光特征峰强度随着大肠杆菌浓度降低而降低; 当大肠杆菌浓度小于20%时, 332和425 nm处特征峰强度与大肠杆菌溶液的浓度均呈线性关系。 (2)当大肠杆菌水溶液中加入银纳米颗粒时, 在4个小时内, 银纳米颗粒的作用时间越长, 大肠杆菌的荧光特征峰越弱, 即灭菌率越高; 增加银纳米颗粒的浓度或者提高环境温度, 均可提高银纳米颗粒对大肠杆菌的灭菌率。 本文的研究结果对食品、 环境等中大肠杆菌的计数和灭菌研究有参考意义。