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表面增强拉曼散射(SERS)技术因其具有的较高的检测灵敏度、高特异性,测试条件温和、水基干扰小以及能够在分子水平给出被检测物的指纹结构信息,成为生化样本研究的重要手段之一。然而,表面增强拉曼散射技术在生物样品分析中容易存在SERS增强灵敏度低、信号重现性差、基底背景峰干扰严重以及样本在开敞环境中易被污染而引起拉曼信号的变异等问题。本论文将纳米技术、电化学制备技术、SERS光谱分析与微流控芯片分析有机结合,提出基于ITO玻璃的电化学特性,开展芯片上集成纳米SERS增强基底的设计及原位制备方法研究,由此构建一体化的SERS芯片。在SERS芯片上开展血清和细菌等复杂生物样本测试方法研究,结合数理统计分析,成功实现血清和细菌的高效测试和快速鉴定,为复杂生物样本分析提供了新途径和方法。相关研究在种属甄别、临床检验等方面具有重要的研究价值和潜在的应用前景。本文主要研究工作及结果如下:第一部分:基于ITO玻璃的SERS芯片设计及纳米增强基底电化学制备提出在ITO导电玻璃表面制备有序复合纳米增强基底,构建新型微流控SERS芯片的新途径和新方法。设计了Au/Ag NCs、Ag/Au NCs和rGO/Ag NCs三种复合纳米增强基底,以此为基础构建SERS芯片。Au/Ag NCs复合SERS基底采用三步计时电流沉积技术,优化并调节Au核的尺寸和Ag壳层的厚度,制备了平均粒径为130nm、Au核与Ag壳的质量比为0.937:0.063的Au/Ag NCs复合纳米增强基底;Ag/Au NCs复合纳米增强基底采用电沉积与电置换相结合方法,制备获得平均粒径约110nm、表层Au厚约12nm的Ag/Au NCs复合纳米增强基底;rGO/Ag复合增强基底利用两步计时电流沉积方法,通过调节成核电位与生长时间等参数,调控复合基底的形貌与组成,制备获得rGO/Ag复合纳米增强基底,与纯金属Ag纳米基底相比,其增强因子提高了24倍。用电化学方法制备的三种复合纳米增强基底,具有尺寸可控,颗粒分布均匀等优势,颗粒间形成均匀分布的“热点”,各组分之间产生良好的协同增强SERS效应,使复合纳米增强基底具有很好的SERS测试灵敏度和信号重现性。采用等离子羟基化键合,制备集成复合纳米基底的微流控SERS芯片。研究显示,PDMS盖片厚度固定为1mm,微通道高度大于130μm,SERS盖片对SERS信号的影响最小。第二部分:基于集成ITO-Au/Ag NCs的微阵列式SERS芯片的血清种属鉴别研究设计制作含有25个微孔阵列的集成ITO-Au/Ag NCs复合纳米增强基底的SERS芯片,针对复杂的血清样本,建立了相应的SERS测试模式与数据分析方法。实验以生物小分子腺嘌呤为探针分子,考察SERS芯片的效能,研究发现所设计的芯片具有良好的SERS检测灵敏度和重现性,其检测限可达10-9M,同一个微孔内的信号RSD不大于4.6%,同一芯片不同微孔间RSD不大于6.2%,5个不同芯片间的RSD不大于10.9%。在所设计的SERS芯片上开展53个人、40个犬、43个兔和36个未知血清的SERS测试,结合PLS-DA统计分析,建立血清种属甄别模型。该模型对人血清、兔血清和犬血清的分类正确率分别为100%,97.6%和97.5%,盲样分类正确率达91.6%。这种集成Au/Ag NCs的微阵列式SERS芯片测试与PLS-DA模型相结合的分析模式,在血清样品的种属甄别中具有极大的应用潜力。第三部分:基于集成ITO-Ag/Au NCs的微流控SERS芯片的糖尿病人血清诊断研究设计制备含有5个并行微通道的集成Ag/Au NCs复合纳米增强基底的微流控SERS芯片,建立了高灵敏和高通量的血清检测模式和方法。该芯片具有很好的SERS灵敏度和信号重现性,芯片以负压方式将血清直接从抗凝管中吸入微通道内,避免血清暴露于空气中而引起的污染和损坏,可提高血清样本测试的信号稳定性。在芯片上开展糖尿病人血清与正常人血清的SERS测试,结合PCA-LDA分析法,研究糖尿病人血清诊断新方法。通过特征波段优选,发现在300~1800cm-1波数范围内,模型的分类正确率最高为98.6%,盲样分类正确率为90%。进一步通过血清谱峰归属发现,糖尿病人血清中与糖蛋白、糖脂代谢有关峰729cm-1、1102cm-1、1331cm-1特征峰明显增强。这种基于Ag/Au NCs流控SERS芯片的血清SERS光谱测试和PCA-LDA判别模式相结合的分析方法,在血清SERS光谱疾病辅助诊断领域具有广泛的应用价值和前景。第四部分:基于集成ITO-rGO/Ag NCs的微流控SERS芯片的细菌测试研究利用rGO的化学增强效果、吸附效能及荧光猝灭特性,设计并制备了集成有rGO/Ag复合纳米结构基底的微流控SERS芯片,实现细菌高灵敏和高稳定的检测和鉴别。研究显示,与集成Ag纳米增强基底的微流控芯片相比,掺杂rGO后,E.coli JM109的SERS信号强度提高了1.74倍,荧光背景信号降低了49%,表明还原氧化石墨烯与Ag NPs之间产生了良好的协同增强作用。同时rGO/Ag NCs基底解决了金属基底对细菌吸附作用弱的问题,提高了细菌SERS信号的重现性。利用该芯片对细菌进行测定,结合PCA-LDA分析方法,能成功对E.coli JM109和S.typhimurium ATCC14028进行鉴别。这种集成的rGO/Ag NCs的微流控SERS芯片,在细菌的高效SERS测试中具有良好的应用前景。