纳米银水凝胶SERS增强基底及生物传感器检测对氧磷

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人们发现在粗糙银电极上吡啶分子会有4-6个数量级的拉曼散射信号增强,表面增强拉曼散射(Surface-Enhanced Raman Scattering,SERS)理论由此确立,数百万倍的增强使得能够观察到来自金属表面上单层甚至单目标分子的信号,极大的提高和拓宽了拉曼光谱分析方法的灵敏度和使用范围。SERS技术在化学、材料科学、表面物理以及生物医学方面得到广泛的应用。乙酰胆碱酯酶(Acetylcholinesterase,AChE),是普遍存在于生物体大脑和中枢神经系统中的一种水解酶,主要通过催化水解生物体内的神经递质乙酰胆碱(Acetylcholine,ACh),生成胆碱和乙酸,从而终止神经冲动信号的继续传递,维持整个胆碱能神经系统的正常运作。在临床医学上,帕金森症和老年痴呆症等都与人体内乙酰胆碱酯酶的活性有关。有机磷农药(Organophosphorus pestcides,OPs)通过抑制昆虫体内乙酰胆碱酯酶活性,从而达到杀死害虫的目的。但有机磷会在环境里累积,它同时作为一种抑制剂,会进入人体的胆碱能神经系统,抑制乙酰胆碱酯酶的活性,导致乙酰胆碱在神经系统中的积累,从而引发一系列神经系统的疾病。本论文将表面增强拉曼散射和生物传感技术相结合,利用乙酰胆碱酯酶修饰的纳米银水凝胶SERS增强基底,发展了简便、无标记、灵敏度高的新型有机磷农药检测方法,具体内容如下:(1)利用原位还原光化学方法,不需要添加额外的还原剂,通过一锅法制备颗粒均匀的SERS增强基底。此方法可以在水凝胶内部生长出约200 nm的银纳米颗粒,实现了大面积制备加工银纳米水凝胶SERS增强基底的设想。在保持拉曼信号检测的灵敏性、重复性的同时,实现了对4-巯基苯甲酸一定浓度区间的定量检测。该传感器制备了一种成本低廉、性能良好的SERS基底,为负载生物分子、酶的外部响应生物传感器提供了一定的基础。(2)为了将制备的SERS基底在生物传感器得到进一步的应用,利用羧基活化的水凝胶能够吸附生物大分子的特点,在水凝胶上功能化修饰了乙酰胆碱酯酶,发展了一种基于AChE的表面增强拉曼散射检测有机磷的方法。乙酰胆碱酯酶水解硫代乙酰胆碱生成具有拉曼信号的硫代胆碱,而有机磷的存在可以抑制酶的活性,减少硫代胆碱的生成,由此对应的拉曼信号也同比减弱减弱。根据拉曼信号的变化,可以用于有机磷农药的定量检测,检测限达到1 ng·mL-1。相比于其他方法,该技术不需要利用额外的信标分子,有望实现实际样品中有机磷农药的简单快速检测。
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