以多氯联苯(Polychlorinated biphenyls，PCBs)为代表的持续性有机污染物（Persistent organic pollutions，POPs）及以汞离子为代表的重金属离子是自然界中广泛存在的两类污染物。它们的存在对人类的健康及环境安全造成严重的危害。为了快速痕量的检测这些污染物，研究者发展了多种检测方法，如荧光、电化学、高效液相色谱/质谱法(HPLC/MS)等。传统的检测手段存在着一些局限性，如需要大型仪器及对操作人员进行专业培训，样品处理复杂，检测过程耗时耗力等。目前，表面增强拉曼光谱技术(Surface-Enhanced Raman Scattering，SERS)因为其能够实现单分子检测水平的灵敏度，并提供待测分子指纹信息，具有制样简单，无损检测和抗水干扰等优点在生化检测分析中有广泛应用。由于SERS效应主要发生在贵金属纳米材料的表面，一般，有两类方法来提升SERS检测效果。一方面，材料科学的发展提供了多种SERS增强衬底，有助于提升SERS检测的灵敏度。另一方面，在SERS衬底的表面进行功能化的修饰，从而将更多的待测分子富集在材料表面，以提高检测的特异性及灵敏度。本文针对SERS灵敏的纳米材料合成，材料表面的生化修饰，快速痕量SERS检测污染物展开了相应的工作，主要的研究内容及结果如下:　　1、通过分步合成的方法制备金包裹二氧化硅核壳结构(SiO2@Au core/shellNPs)。通过控制二氧化硅的直径和金壳层厚度的比例，以调节材料的紫外可见吸收峰的位置，有利于和785nm激光形成共振。金壳层拥有良好的生物相容性,能够提供足够的位点固定巯基修饰的单链DNA。将制备的SiO2@Au纳米颗粒组装成SERS衬底，可以获得DNA信噪比高，荧光背景低的SERS光谱，为后续的检测奠定基础。　　2、DNA功能化的金包裹二氧化硅材料SERS免标记检测PCB-77(3，3，4，4-tetrachlorbiphenyl)的研究。先将SiO2@Au固定在氨基化的石英玻璃片的表面，然后将已筛选得到的能够特异性与PCB-77结合的适配体通过巯基修饰到金壳层的表面。当PCB-77分子结合到单链DNA上，引发金壳层表面的DNA结构变化，对应的DNA的拉曼光谱发生变化，通过检测DNA碱基信号的变化，实现免标记半定量检测PCB-77。拉曼标记的做法是在DNA的末端修饰上拉曼信号分子，通过检测拉曼染料的SERS信号的变化来标定DNA的结构及取向的变化实现对分子的检测。在这里，我们直接利用DNA自身的碱基（鸟嘌呤和腺嘌呤）代替拉曼染料分子作为信号输出分子。通过660cm-1（鸟嘌呤的呼吸振动峰）和736cm-1（腺嘌呤的呼吸振动峰）的拉曼强度的比值作为光谱标准确定PCB-77结合到DNA上。随着加入的PCB-77浓度的增加，该比值逐渐下降，实现对PCB-77半定量检测，检测限为微摩尔量级。这样的设计可以省略修饰拉曼染料分子的步骤，降低成本，该方法也可以延伸到环境中其它污染物的检测。　　3、DNA功能化的金包裹二氧化硅材料SERS免标记检测汞离子的研究。在前面的工作的基础上，我们设计了既能够和汞离子特异性作用又便于SERS信号输出的DNA序列。一方面，在靠近巯基端，连续的T碱基能够特异性的结合汞离子，形成T-Hg2+-T结构，作为捕获元件。另一方面，在DNA的外端有连续的G碱基及A碱基，作为SERS信号输出元件。另外，连续的T碱基有利于降低DNA在金属表面的非特异性吸附，有利于DNA捕获汞离子。这样设计的DNA序列能够特异性的免标记检测汞离子。在没有汞离子存在的情况下，单链DNA在金属表面趋于平躺的状态，此时，G碱基和A碱基的SERS信号均较强。当体系中加入汞离子，由于形成稳定的T-Hg2+-T结构，DNA在金属的表面从平躺转为竖立，DNA外端的A碱基逐渐移出金属表面的SERS增强区域。对应的，A碱基的拉曼信号下降，归属于G碱基(660cm-1)和A碱基(736cm-1)的SERS信号的比例发生变化。利用两者的比值变化，实现了10-8M量级的汞离子的痕量检测，有较宽的检测线性范围5×10-8到1×10-3M。实验结果表明，改变DNA链中T碱基的个数会显著影响汞离子有效检测范围和检测限。特别的，利用该检测体系，可以通过免标记SERS的方法，考察了富含T碱基的DNA与汞离子相互作用的动力学关系。该检测方法具有在环境样品中检测汞离子的潜力，通过更换DNA序列，有望实现对其它的重金属离子的检测。　　4、环糊精修饰的银包裹金包裹二氧化硅材料(SiO2@Au@Ag@CD NPs)SERS检测多种PCBs研究。环糊精是一类环状低聚葡萄糖，具有内缘斥水，外缘亲水的结构，这种特殊的结构使得其能够捕获游离的PCBs分子。通常的做法是将环糊精分子通过巯基固定在金属的表面，提高SERS基底对PCBs检测。在这里，我们利用环糊精分子在碱性条件下具有还原性的特性，直接还原硝酸银溶液，在金包裹二氧化硅材料的表面包覆上一层薄银壳层。过量的环糊精分子吸附在材料表面，既有利于稳定合成得到的纳米颗粒，也有利PCBs分子的捕获。实验结果显示，包裹上银壳层后，极大的提升了材料的SERS增强效果，对R6G分子的检测限达到10-14M。有限元局域电场模拟的结果显示，相比于金包裹二氧化硅，银包裹二氧化硅颗粒，银包裹金包裹二氧化硅材料具有更好的SERS增强效果。利用所制备的核壳壳结构构建的SERS基底检测了PCB-3、PCB-29和PCB-77三种不同PCB分子，检测限为微摩尔量级。值得注意的是，实验中不仅观察到了归属于PCBs的特征峰，也观察到了一些新峰，例如归属于PCB-3与环糊精相互作用的1476cm-1和1375cm-1，归属于PCB-29与环糊精相互作用的1396cm-1，归属于PCB-77与环糊精相互作用的1426cm-1和1374cm-1。结合理论模拟的结果证明这些新峰可能归属于PCBs与环糊精相互作用的特征峰，提供了环糊精可以捕获PCBs分子的光谱证据。因此，这项工作提供了一种新的合成SERS衬底的方法，可以被用来特异性的检测环境中痕量的多氯联苯。　　5、抗癌药物检测及抗癌药物和DNA相互作用的研究。这个工作是我们前期研究基础上的推广。柯楠因能够结合到富含A碱基的DNA链上，将单链DNA折叠成为双链DNA。我们将含有16个A碱基的DNA修饰到金包裹二氧化硅材料的表面和柯楠因相互作用，观察光谱的变化。实验中，观察到了可能归属于药物和DNA相互作用的位于1376cm-1处的新峰。通过测定分别归属于DNA碱基和DNA骨架的SERS信号强度的比例，实现对柯楠因抗癌药物的免标记SERS微量检测，检测限为10-7M。值得注意的是，该检测体系表现了很好的特异性，在牛血清白蛋白和血液样品中均可以检测到微量的柯楠因。