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表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)光谱具有优良的特异性、多元化的检测能力、抗荧光干扰性以及良好的稳定性等优势,因此SERS技术已被广泛地应用于生物和化学领域。在诸多SERS基底中,基于硅基纳米杂化材料的SERS基底由于其明显的SERS增强效应以及优良的信号重现性,吸引了越来越多的关注。为了满足不同领域的分析需求,人们对硅基SERS基底进行相应的功能化修饰,构建出具有不同分析检测能力的SERS传感器。本文分别采用石墨烯和金属有机框架对二维硅基 SERS 基底(silver nanoparticles modified silicon wafer,AgNPs@Si)进行功能化修饰,构建成两个具有不同功能的三明治结构的SERS芯片,即:石墨烯(graphene,G)-银纳米颗粒(silver nanoparticles,AgNPs)-硅(silicon,Si)(G@AgNPs@Si)SERS 基底、类沸石咪唑酯骨架(zeolitic imidazolate framework-8,ZIF-8)-银纳米颗粒(AgNPs)-硅(Si)(ZIF-8@AgNPs@Si)SERS基底。其中,G@AgNPs@Si SERS基底经功能化修饰后可用于从分子到细胞水平的检测。ZIF-8@AgNPs@Si SERS基底经功能化修饰后可用于气体SERS检测。主要研究内容概述如下:在第一部分研究中,首先银纳米颗粒通过氢氟酸辅助刻蚀的化学还原法原位地生长在硅片上。然后将单层石墨烯通过湿法转移的方法修饰在AgNPs@Si上,构建得到了石墨烯(G)-银纳米颗粒(AgNPs)-硅(Si)三明治结构的SERS基底(G@AgNPs@Si)。该基底具有以下特点:(1)G@AgNPs@Si较强的SERS增强效应是银纳米颗粒与硅基底之间、银纳米颗粒之间的等离子共振效应和石墨烯的电荷转移效应协同作用的结果;(2)石墨烯能够保护银纳米颗粒不被氧化和腐蚀;(3)石墨烯的2D峰位于拉曼沉默区,可以作为一个良好的内标校正待测目标分子的SERS信号强度;(4)对该基底进行功能化修饰,构建出相应的传感器可用于从分子到细胞水平的分析。在分子水平,荧光染料分子罗丹明(Rhodamine X,ROX)标记的三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)核酸适配体通过π-π堆叠作用吸附在石墨烯上。当体系中不存在ATP时,ROX标记的适配体吸附在SERS基底上,具有较高的信号强度,即“信号开启”。体系中加入ATP之后,ATP与适配体形成的复合物从石墨烯上脱离导致ROX标记的适配体远离SERS基底,信号强度减弱,即“信号关闭”。该传感器可用于定量检测ATP,检测限为～1 pM。在细胞水平,通过万古霉素(vancomycin,Van)修饰G@AgNPs@Si,构建得到了一个可用于捕获、鉴别细菌和抗菌的分析平台(Van/G@AgNPs@Si)。Van/G@AgNPs@Si上的万古霉素能够与细菌细胞壁上的肽聚糖形成氢键,达到捕获细菌的目的。不同的细菌具有不同的拉曼特征峰,因此该SERS传感器可以用于细菌鉴别。万古霉素、石墨烯以及银纳米颗粒均具有抗菌性能,使得Van/G@AgNPs@Si具有较好的抗菌能力。该传感器对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,S.aureus)和大肠杆菌(Escherichia coli,E.coli)的捕获率分别是54%和39%,抗菌效率分别是93%和85%。在第二部分的研究中,将二维硅基SERS基底与金属有机框架相结合,构建得到一种可用于气体检测的三明治结构SERS传感器(ZIF-8@AgNPs@Si),即以六水合硝酸锌和2-甲基咪唑作为前驱体,在AgNPs@Si上原位合成了类沸石咪唑酯骨架(ZIF-8)。该基底具有以下优点:(1)气态分子可以通过ZIF-8的孔隙到达AgNPs@Si表面,因此ZIF-8@AgNPs@Si具有富集并检测气体的能力;(2)SERS“热点”较均匀地固定在硅片上,使得该基底的信号重现性较好。ZIF-8@AgNPs@Si检测挥发性有机物的相对标准偏差(relative standard deviation,RSD)小于14%;(3)ZIF-8@AgNPs@Si在经过对氨基苯硫酚(4-aminothiophenol,4-ATP)和内标分子(internal standard,IS)苯乙炔的化学修饰之后,能够定量检测到～59 nM的气态苯甲醛。综上所述,本文分别采用石墨烯和金属有机框架对硅基SERS基底(AgNPs@Si)进行修饰,构建出两种类型的三明治结构硅基SERS芯片。一种是石墨烯-银纳米颗粒-硅基SERS芯片(G@AgNPs@Si),实现了对ATP以及细菌的检测;另一种是金属有机框架-银纳米颗粒-硅基SERS 芯片(ZIF-8@AgNPs@Si),实现了对气态有机物分子的检测。