水、 空气、 食品、 灰尘和排泄物中广泛存在食源性病原菌, 由此引发的感染性疾病严重危害人类健康。 因此, 开发病原菌的快速检测方法尤为必要。 由于实际样品中的病原菌往往共生存在, 所以多元病原菌的同步灵敏检测是微生物检测领域的重点与难点。 分子生物学和免疫组化分析技术都在此领域进行过一些尝试, 但由于引物设计与抗体的局限性, 这两种技术在实际应用中的效果并不十分理想。 表面增强拉曼光谱（SERS）技术由于具有快速、 无损、 高分辨率、 不受水分干扰、 可原位检测等显著优势, 在多元病原菌同步检测领域获得了重要应用。 从应用原理、 特点和效果等方面出发, 系统阐述了SERS技术在多元病原菌同时检测中的应用策略。 首先对SERS基底材料与病原菌的结合方式进行简要概述, 再以检测策略为主线, 从直接法和间接法两种策略出发进行介绍。 直接法通过基底材料的信号放大作用直接获得病原菌本身的光谱信息, 步骤简便, 操作快捷, 在多元病原菌判别分析、 定量分析与即时检测（POCT）中被广泛应用。 但由于光谱信息量大, 往往需要与多元统计分析方法、 成像技术和微流控器件等联用。 间接法一般需要借助拉曼信号分子和适配体、 抗体等识别元件, 将对病原菌的检测转换为对信号分子的分析, 极大提高了检测方法的灵敏度与特异性, 可在基因、 蛋白、 细胞等水平实现对多元病原菌的同步分析。 且与其他识别元件及功能分子的联用能构建得到集细菌的分离、 识别与灭活于一体的综合检测体系, 在临床血液等实际样本的分析中具有重要前景。 最后, 总结并指出SERS技术的现有问题及下一步努力方向, 为SERS技术在多元病原菌的快速、 灵敏检测策略设计及具体应用方面提供参考。

改性罗丹明-6G分子结构复杂, 保存不当易分解, 为了降低拉曼光谱的荧光背底, 提高拉曼光谱信号稳定性, 本文对激光波长、增强剂比例、稳定时间、光谱采集等参数的影响进行了优化分析, 确定了最优的测试条件激光波长(785 nm)、增强剂比例(V样品∶V增强剂=2∶1)、增强剂和样品混合后放置时间(0.5 h)、采谱条件(采谱时间10 s, 积分次数3次)。在该条件下测试了(100~250 mg/L)浓度标准溶液, 平行试样三个, 以F2峰(2062.5 cm-1)峰面积为响应值, 建立响应值-浓度曲线, 得到了浓度线性方程。此方法线性相关系数为0.968,标准偏差3.85%, 检出限为25 mg/L, 说明该方法可用于改性罗丹明-6G染料浓度的测定。对光照分解的染料定期取样测试其浓度和特征峰变化情况, 结果表明随着光照时间的增加, 染料浓度迅速下降, 同时HF1∶F2峰高比下降, 其中F1峰(935.2 cm-1)与取代基中C-F键相关振动峰, F2峰为氧杂蒽键的振动峰, 说明罗丹明-6G染料日照分解过程中, 主链和支链均发生断裂, 其中C-F键更易断裂。

表面增强拉曼散射(SERS)增强基底的制备是实现SERS技术高灵敏度探测的关键因素, 利用光操控技术制备金属纳米粒子聚集体是近来SERS领域研究的热点。 利用飞秒激光湿法刻蚀技术, 在硅片表面5 mm×5 mm范围内刻蚀横截面积(宽度×深度)为10 μm×7 μm, 30 μm×12 μm, 60 μm×15 μm, 70 μm×19 μm和90 μm×21 μm的狭槽线阵, 制备截面积不同的微纳硅基衬底(SiMS)。 应用光操控技术结合SERS方法, 在金纳米溶胶中加入硅基衬底。 并将激光对焦在衬底狭槽内, 在光辐射压力的作用下, 金纳米粒子沿光束的传播方向运动, 聚集于微纳结构表面的狭槽内, 形成金纳米粒子聚集体, 促进“热点”效应, 提高SERS探测的灵敏度, 实现了在硅基微纳结构衬底上探测物的SERS增强。 实验表明, 利用光辐射压力和光梯度力的合力, 金属纳米粒子能有效聚集在硅基微纳结构衬底表面的狭槽中, 形成更多的“热点”, 从而可大幅提高SERS增强效果。 以芘为探针分子, 随着狭槽截面积的增加, SERS信号逐渐增强, 狭槽截面积为70 μm×19 μm时达到最强, 超过该截面积后, 拉曼信号强度开始降低, SERS强度最高增强了约两个数量级, 最低检测浓度为5.0×10-9 mol·L-1, 在低浓度范围内(5.0×10-9～1.0×10-7 mol·L-1), 芘位于588和1 234 cm-1处特征峰强与浓度的关系曲线呈现较好的线性相关性, 其拟合方程及线性相关系数分别为0.992和0.971。 以截面积为70 μm×19 μm的微纳衬底进行了重复性实验, 每完成一次实验, 关掉激光器, 待激光的作用消失, 狭槽内聚集的金纳米粒子重新分散在溶液中, 进行下一次实验。 选取微纳衬底8个不同位置, 每个位置重复三次实验, 衬底不同位置芘的588和1 234 cm-1两个特征峰峰强的相对标准偏差(RSD)分别为9.9%和2.0%, 具有较好的重复性。 与仅使用金纳米颗粒相比, 该方法保留了金纳米颗粒重复性好的优势, 同时具有更高的增强效应和衬底清洗后可重复使用的优点。 研究表明, 基于硅基微纳结构衬底的光操控-SERS方法, 可极大地提高金纳米颗粒的SERS效应, 在化学和生物学等领域的物质检测分析方面具有广阔的应用前景。

本文通过使用多巴胺二硫代氨基甲酸(DDTC)作为还原剂来控制银纳米颗粒以异相成核的生长模式在金立方表面进行生长,合成出“爆米花”状的金银纳米超结构。这种结构的纳米颗粒在可见光区表现出可调谐的等离子体共振特性,并且通过改变硝酸银的浓度能够精细的调节银层的厚度。此外,使用液液界面自组装技术将纳米颗粒组装成单层膜,然后将结晶紫作为探针分子来研究纳米颗粒的表面增强拉曼散射特性(SERS)和银层厚度之间的依赖关系。并系统的研究了三种激发波长对SERS基底的响应。结果表明“爆米花”状的金银核壳超结构具有可调节的局域表面等离子体共振(LSPR)和SERS特性,在太阳能电池、催化、化学传感等领域具有广阔的应用前景。

使用种子生长法制备得到银纳米立方, 扫描电镜的表征结果表明制备得到的银纳米立方尺寸为(61.5±4.4) nm, 相对标准偏差为7.2%。 利用表面替换技术将其表面的CTAC替换为更有利于SERS检测的柠檬酸根。 然后基于具有超润滑特性的SLIPS衬底, 构建出以银立方作为组装单元的具有三维热点的SERS基底。 利用该三维SERS基底分别检测了水中的三环唑和乙醇中的福美双, 检测限分别可达到52.8和41.6 nmol·L-1。 实验结果表明银立方三维热点SERS基底具有较高的灵敏度, 能够应用于多种溶剂中农药的快速检测, 对于实际场景下农药残留的快速检测具有重要的意义。

利用液/液界面自组装技术制备得到灵敏度高、 均匀性好、 价格低廉的表面增强拉曼光谱(SERS)滤纸基底, 并使用该基底检测了饮料中可能掺杂的罗丹明B、 日落黄和柯衣定等三种色素。 首先分析了罗丹明B、 日落黄和柯衣定的分子结构并对其进行了拉曼特征峰峰位归属; 然后检测了罗丹明B、 日落黄和柯衣定不同浓度水溶液的SERS光谱; 最后在无任何预处理条件下, 检测了饮料中的罗丹明B、 日落黄和柯衣定含量。 在一定浓度范围内, 饮料中三种色素的浓度与其SERS特征峰强度分别满足一定的函数关系, 其中罗丹明B和日落黄的浓度与拉曼特征峰强度之间呈非线性关系, 而柯衣定的浓度与拉曼特征峰强度之间呈线性关系。 评估了本方法检测饮料中的罗丹明B、 日落黄、 柯衣定的信号重复性及检测回收率, 结果表明SERS方法可用来对饮料中罗丹明B、 日落黄、 柯衣定的浓度进行半定量分析。 为饮料中添加色素的现场实时检测提供了一种简便快速高效的检测方式, 可用于饮料的质量控制及市场监控。

采用薄层色谱（TLC）法使复杂的清热类中药基质与四种掺伪成分即氨基比林、吲哚美辛、萘普生及布洛芬完成简单的分离,继而利用优选的银溶胶为增强基底对分离出的微量物质进行表面增强拉曼光谱（SERS）检测,并确定各物质最低检测限（信噪比等于3）:氨基比林0.02 mg/mL、吲哚美辛0.2 mg/mL、萘普生0.1 mg/mL及布洛芬0.02 mg/mL。该方法具有快速、简便、灵敏、专属性好等优势,实现了清热类中成药的快速检测,可进一步推广于其他类中成药中掺伪物质的测定。

表面增强拉曼光谱技术在癌症诊断领域已经有了广泛的研究和应用,本文利用金纳米溶胶为增强基底,采用便携式近红外拉曼光谱系统,对89例胃癌患者及正常人血清样本进行了SERS光谱探测.结果表明,血清的特征峰主要归属于氨基酸,其次是核酸、糖类及脂类.相比于正常人血清SERS光谱,胃癌血清中归属于核酸的特征峰强度都较高,大部分归属于蛋白质的特征峰强度较低,与医学研究结论相符.说明SERS技术可以有效地反映胃癌患者和正常人血清的差异,为后期SERS技术快速诊断胃癌提供了实验基础.

本文以结晶紫作为探针分子, 研究了以金溶胶膜、pH=6以及pH=13的金溶胶溶液为活性基底的表面增强拉曼光谱的增强效果。采用化学还原法制备金溶胶, 加入氢氧化钠改变其pH值, 并以自组装法制备金溶胶膜。通过比较金溶胶膜、pH=6及pH=13时金溶胶溶液的增强因子以及在这三种金溶胶基底上结晶紫的检测限, 分析不同活性基底增强效果的差异。三种活性基底的增强因子分别可达到5.9×103、1.5×105、2.3×107, pH=13的金溶胶溶液有最佳的增强效果。以这三种金溶胶为基底对结晶紫进行表面增强拉曼光谱探测, 可得到检测限为70.7 nmol/L、9.6 nmol/L、1.8 nmol/L。结果表明, 金溶胶溶液的增强效果明显优于金溶胶膜, 而通过改变金溶胶体系的pH值可以改变金纳米颗粒的聚合程度及对探测物的吸附特性从而获得更高灵敏度的活性基底。

本文合成了一种基于金纳米颗粒修饰的粉末状聚甲基丙烯酸缩水甘油酯-二甲基丙烯酸乙二酯(GMA-EDMA)材料的表面增强拉曼光谱基底。将此基底作为固相萃取剂用于富集和原位的SERS检测。利用此方法对亚胺硫磷进行检测, 可以得到5 μg/L 的样品分子信号。进一步对橙子表面亚胺硫磷进行检测, 结果表明此方法对于农药残留的检测有着好的应用前景。