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高灵敏SERS光纤传感器的制备及应用研究

作　者: 刘春宇
导　师: 徐蔚青; 徐抒平
学　校: 吉林大学
专　业: 物理化学
关键词: 光纤SERS传感器激光诱导法原位聚合多孔材料高灵敏传感
分类号: TP212
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

贵金属纳米粒子具有很多独特的表面等离子体性质，这与金属纳米粒子的表面自由电子的集体振荡是密切相关的，它们都强烈的依赖金属纳米粒子的尺寸、形貌等因素，这使其在现代材料领域的研究中得到广泛的应用。光纤自出现之日起即引起科研工作者的极大关注，在诸多领域如通讯及传感等，有着重要的应用。光纤化学、生物传感器是传感领域中一个重要的研究方向，近十几年来取得的研究成果令人瞩目，它已广泛应用于化学传感以及生物体系中特异性识别、DNA等的快速检测，应用前景十分广阔。由于光纤具有信号的远程传输、低损耗及对外界环境干扰较小的优点，将光纤与SERS光谱技术相结合制备光纤SERS传感器，这种技术借助于SERS光谱技术可获得被测样品较为丰富的光谱信息，并实现实时、原位、在体、在线的光谱检测。光纤SERS传感器的灵敏度除了要求光纤本身要具备背景荧光底、传输效率高等优点外，对光纤探测端的形状、SERS活性层的修饰及在如何在光谱检测过程中提高信噪比都提出了比较高的要求。本文围绕高灵敏度SERS活性光纤的快速制备、应用技术而展开，主要研究内容如下：1.利用光化学法快速制备光纤SERS传感器，并将其应用于生物体系中Atto610标记的生物素与亲和素特异性识别过程的监测。利用光化学法在光纤尖端沉积银膜，探讨在相同激光功率下不同诱导时间对光纤沉积端形貌的影响。并根据Atto610的SERS信号强度变化对实验条件进行优化，寻找最佳的光诱导沉积时间、诱导生长液的最佳比例，调控光纤探测端LSPR的性质。在干扰极小的条件下时实测量生物素与亲和素特异性识别过程的SERS光谱，并利用干扰性实验证明这种识别的抗干扰能力。2.光纤探测端原位热聚合物多孔材料制备具有三维孔道结构基底，并利用光化学法快速沉积银纳米粒子使其具有SERS活性。利用SEM表征多孔材料的形貌结构，并分析热聚合温度、孔径、粒径对拉曼探针分子4-Mpy与4-MBA的SERS信号的影响，通过SERS信号的强度对比分析寻找理想的聚合温度。3. SERS光纤pH传感器的快速制备及应用。利用光化学法在快速制备光纤SERS传感器，并在其上组装4-Mpy拉曼探针分子，通过对比其在不同pH溶液中质子化特征峰强度变化的规律来确定pH值。在研究过程中，发现4-Mpy质子化特征峰在pH值增加的过程中有蓝移的现象，探讨拉曼探针分子4-Mpy频移变化与溶液pH值的关系。并据此推断4-Mpy分子在不同的pH溶液中与银膜的夹角有所不同，在酸性溶液中它垂直于银膜，中性及碱性溶液中与银膜产生一定的倾角。该SERS活性光纤具有较好的重复使用性，在实际检测中的具有潜在的应用价值。

全文目录

内容摘要  4-10
第一章绪论  10-51
  1.1 表面增强拉曼（SERS）光谱  10-25
    1.1.1 拉曼（Raman）光谱  10
    1.1.2 表面增强拉曼光谱  10-11
    1.1.3 SERS 的增强机理  11-13
    1.1.4 SERS 的基底  13-22
    1.1.5 SERS 的应用  22-25
  1.2 光纤传感器  25-39
    1.2.1 光纤及其光传输的基本原理  25-26
    1.2.2 光纤化学、生物传感器  26-28
    1.2.3 光纤 SERS 传感器  28-39
  1.3 本课题的选题思路  39-41
  参考文献  41-51
第二章光化学法制备 SERS 活性光纤及其在生物分子结合过程监测中的应用  51-68
  2.1 前言  51-53
    2.1.1 SERS 光纤传感器  51
    2.1.2 生物分子特异性识别  51-53
  2.2 实验部分  53-56
    2.2.1 实验材料  53-54
    2.2.2 仪器设备  54
    2.2.3 样品制备  54-56
  2.3 结果与讨论  56-65
    2.3.1 激光诱导银纳米银膜沉积过程条件的优化  57-61
    2.3.2 光诱导 SERS 活性光纤对 Atto610 标记生物素的检测  61-62
    2.3.3 亲和素-生物素特异性识别过程的光纤 SERS 光谱检测  62-64
    2.3.4 抗干扰实验  64-65
  2.4 结论  65-66
  参考文献  66-68
第三章原位热聚合有机多孔材料及其在 SERS 活性光纤传感中的应用  68-92
  3.1 前言  68-72
    3.1.1 多孔材料的发展及其在 SERS 基底上的应用  68-70
    3.1.2 SERS 的“热点”效应  70-72
  3.2 实验部分  72-75
    3.2.1 实验材料  72
    3.2.2 仪器设备  72-73
    3.2.3 样品制备  73-75
  3.3 结果与讨论  75-87
    3.3.1 多模石英光纤长度与其荧光背底的强度的讨论  75-76
    3.3.2 不同热聚合温度下原位生长有机多孔材料 SEM 表征  76-77
    3.3.3 SERS 活性层的 SEM 表征  77-78
    3.3.4 多孔材料粒径对 SERS 光谱的影响  78-79
    3.3.5 激光诱导沉积时间对 SERS 光谱的影响  79-80
    3.3.6 SERS 活性层增强因子计算  80-82
    3.3.7 聚合物多孔材料 SERS 活性探针检测灵敏度  82-85
    3.3.8 有机聚合物多孔材料 SERS 活性光纤对其它探针分子的检测  85-87
  3.4 结论  87-89
  参考文献  89-92
第四章激光诱导法制备高活性 SERS 光纤 pH 传感器的方法及应用  92-110
  4.1 前言  92-94
    4.1.1 SERS 光纤传感器发展及应用  92-93
    4.1.2 pH 缓冲液作用原理  93-94
  4.2 实验部分  94-96
    4.2.1 实验材料  94
    4.2.2 仪器设备  94
    4.2.3 样品制备  94-96
  4.3 结果与讨论  96-108
    4.3.1 光诱导法制备 SERS 活性光纤  96-98
    4.3.2 SERS 活性光纤用于 pH 检测  98-107
    4.3.3 SERS 光纤 pH 传感器对长春市南湖水质 pH 检测  107-108
  4.4 结论  108-109
  参考文献  109-110
作者简历  110-111
攻读博士学位期间发表论文列表  111-112
致谢  112-114
摘要  114-116
Abstract  116-118

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