抗菌剂是一类在一段时间内,使一些微生物的生长或繁殖低于必要水平的化学物质;其多为疏水,水溶性较差,生物相容性较好。生物标志物是一类与机体疾病发生密切相关的化合物,包括生物体内的小分子及蛋白、酶、核酸分子等生物大分子。通过测定机体生物标志物浓度的高低,可以对疾病发生进程进行一定程度的预判。抗菌剂的不当使用或者生物标志物含量异常可以直接或者间接影响或反映人类的健康。对于抗菌剂小分子化合物的检测多采用高效气/液相色谱法和质谱法等;而对于生物标志物,因其具有生物活性,通常能够发生特定的理化反应,因而可以采用荧光探针、酶联免疫反应等方法进行检测。尽管这些方法准确、可靠,但是涉及的实验过程十分复杂,耗时久,存在提高或改进的空间。表面增强拉曼散射(Surface-Enhanced Raman Scattering,SERS)是一种快速、无创、特异性高的光谱技术,在食品安全、环境监测和生物分子检测等方面具有非常好的应用前景。SERS作为分子指纹光谱,包含丰富的指纹信息,可以对复杂样品中特定物质进行无标记识别;SERS具有超高的灵敏度,可以实现单分子检测。常用的SERS基底多为亲水性金(Au)、银(Ag)纳米溶胶,对水溶性好的待测分子友好。但抗菌剂分子通常水溶性较差,很难靠近亲水性SERS基底,导致检测结果不理想。而对于生物标志物的SERS检测,存在的问题是生物标志物分子自身散射截面积小,因此无论是拉曼还是SERS信号都比较低。本论文拟通过引入分子间作用力或特异性生化反应,将待测分子主动拉近到SERS基底表面或通过特定的化学反应将待测物进行转化,从而实现对它们的直接或间接SERS测定。主要研究内容和成果如下:1.三氯卡班(TCC)是一种水溶性较差的抗菌剂小分子,其很难靠近亲水性的Au纳米粒子表面,因此SERS检测效果不佳。查阅文献发现,三氯卡班在酸性介质中溶解度较大,因此可以通过调整溶液p H改变三氯卡班的水溶性。本工作合成了亲水的、稳定性良好的Au纳米粒子,用酸来调控该Au纳米粒子溶胶介质的p H,以此增大三氯卡班在其中的溶解性,使更多的三氯卡班分子靠近基底表面;同时,使Au纳米粒子适当聚集,提高SERS增强效果,通过该措施,双方面增强三氯卡班的SERS响应,实现对其快速灵敏检测。2.研究发现,细胞内的硝基还原酶(NTR)含量过高与细胞内氧含量降低有关。由于NTR属于生物大分子,其自身拉曼散射截面积较小,无法直接用SERS检测NTR。不过NTR具有特定的生物酶活性,即在辅酶还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)存在时,NTR可以将芳香族化合物上的硝基催化还原成对应的氨基。本工作通过NTR对探针分子对硝基苯硫酚(4-NTP)的特异性识别和催化还原,生成产物对氨基苯硫酚(4-ATP),再通过Ag-S键将4-ATP修饰在SERS增强性能良好的Au@Ag基底表面,通过定量反应的转化率来测定NTR活性。基于该SERS传感策略实现对NTR特异性灵敏检测,并对NTR的抑制剂进行有效筛选。该SERS传感有望应用于细胞内硝基还原酶的检测,为临床诊断提提供新的技术手段。3.白藜芦醇(RES)是一类具有较好的抗氧化活性的天然多酚,在预防癌症、保护心血管和抵抗衰老等方面有重要的作用,被广泛添加在一些护肤品中。因此,为了对护肤品功效进行有效评估,有必要对其中的RES进行定量测定。但RES的水溶性较差,利用普通的Au纳米溶胶基底对其进行SERS检测时,效果并不理想。本工作我们首先合成了SERS增强性能优异的爆米花状Au纳米粒子,然后在基底表面通过Au-S键固定上连接分子3-巯基丙酸(MPA),利用MPA会与RES产生分子间作用力氢键,主动将RES拉近到基底表面,因此增强RES的SERS响应,实现对其的特异性快速灵敏检测。