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目前,癌症已成为严重威胁人类身体健康的公共卫生问题之一,防控形势极其严峻,因此,癌症的早期诊断对降低疾病严重程度和改善总体生存概率至关重要。研究发现,mi RNA的表达失控与癌症的发生和发展密切相关,其特异性可作为癌症早期诊断标志物,然而在病变早期,其含量较低,因此急需开发可靠性强、灵敏度高的检测方法。表面增强拉曼散射（SERS）是利用贵金属材料表面的强局域电场来增强拉曼信号的一种检测技术,因其灵敏度强、检测速度快等优势而备受关注。在SERS基底中,金纳米棒（GNRs）垂直阵列由于良好的生物相容性以及极高的SERS活性,成为面向生物分析的优异选择。对mi RNA早期检测若要满足灵敏度、准确性和可重复性的需求,就需要制备大面积均匀结构和小间距的金纳米棒垂直阵列。但是,目前对大范围GNRs取向可控自组装阵列的形成过程及机理仍不清楚,难以实现大面积小间距垂直阵列的可控制备,无法兼顾对mi RNA检测的高灵敏性和稳定性,限制其进一步应用。针对以上问题,本论文主要开展以下研究:1.GNRs垂直阵列自组装过程的追踪及其机理探究:课题组在之前的工作中发展了一种基于组装微环境调控,制备毫米尺度均匀分布的大面积GNRs垂直阵列的方法。但对其自组装过程、机理等认识还不清楚,限制了对大面积垂直阵列结构的优化。为了深入了解其组装过程和机理,实现阵列结构的可控制备,以之前开发的GNRs双层垂直阵列为模型体系,利用掠入射小角X射线散射（GISAXS）和掠入射广角X射线散射（GIWAXS）对不同实验条件下GNRs的自组装过程进行原位监测,深入研究GNRs在自组装过程中,阵列结构形成与环境控制间的关系,结果表明合适的接触角（30o）可有效控制溶剂的挥发速率,使得GNRs先成核再生长,产生均相和垂直排列的优势取向,最终形成正六边形排列的垂直阵列。GNRs的组装过程大致分为两个阶段,一是通过溶液的蒸发或界面迁移,局部浓缩驱使GNRs相互靠近的集中阶段,二是当棒间距离减小至数十纳米时,GNRs处于介稳态,在溶剂继续挥发浓缩和相互作用力的共同影响下进一步靠近并形成组装结构。若想要制备出规整的垂直阵列,需要确保第二步组装过程受热力学稳态控制,主要涉及三种粒子间作用力即范德华力、耗尽力和静电力,只有在三力平衡状态下才可实现结构高度可控的组装阵列制备。2.大规模小间距GNRs垂直阵列的制备及SERS检测应用:为制备大规模小间距的GNRs垂直阵列,将GNRs表面双层十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）置换为单层十二烷基巯基吡啶（Py）,此时表面配体层厚度以及表面电荷密度的改变对范德华力和静电作用力产生影响,为维持三力平衡,通过引入不同溶质并调节浓度,来调控体系中的耗尽力,使其达到热力学稳态并控制GNRs组装过程。将调控好的液滴滴至30°接触角的硅片表面,利用前期工作条件,制备得到大面积小间距的GNRs垂直阵列。测量修饰前后GNRs垂直阵列的棒间距,由之前的6.5 nm减小至2.1 nm,表明大规模小间距GNRs垂直阵列的成功制备。修饰后的Py-GNRs垂直阵列可检测出浓度低至10-15 M的孔雀石绿（MG）,初步验证该基底具有较高的SERS灵敏度。我们又进一步将Py-GNRs垂直阵列应用于检测癌症病变早期标志物mi RNA-141,检出限低至10-12 M。在mi RNA-141浓度为10-6 M的基底表面随机选择34个点进行测试,计算对应特征峰1646 cm-1和1509cm-1信号强度值的相对标准偏差（RSD）,分别为2.8%和7.1%,展现出较高的均匀性。在mi RNA-141浓度为10-10 M的基底表面,随机选取两处28×28μm2区域进行拉曼mapping测试,计算相应特征峰强度的RSD值,均在20%左右,进一步说明该基底具有较好的SERS稳定性,最后验证该基底作为SERS核酸传感器,对mi RNA-141有较好的特异性选择。表明了Py-GNRs垂直阵列作为生物传感器应用于疾病诊断具有很好的应用前景。