1、隨著對基礎理論研究的不斷深入和納米材料構建技術的飛速發(fā)展,表面增強拉曼光譜(SERS)技術在生物學、醫(yī)學、材料科學以及環(huán)境科學等領域中所扮演的角色也越來越重要。相對于其它幾種光學檢測手段,SERS技術具有獨特的優(yōu)勢,超高的靈敏度、豐富的光譜信息、窄的發(fā)射譜帶、所需樣品量小以及無需樣品預處理等。本論文以具有重要生物功能和研究意義以及重大疾病相關的生物標志物(如蛋白質、酶、毒素等)為研究對象,發(fā)展了一系列簡單、快速、成本低、穩(wěn)定性好,且具有

2、高靈敏度和高選擇性的新型生物傳感方法。研究論文的主要內容概括如下:
　　(1)DNA去甲基化酶的失調會引起多種神經退行性疾病、免疫系統疾病以及癌癥。第二章中,發(fā)展了一種基于酶介導等離子體共振耦合以及SERS信號傳導的DNA去甲基化檢測方法。該方法設計了一條包含限制性內切酶識別序列(酶切位點處的胞嘧啶進行甲基化修飾)的發(fā)夾型底物探針,并制備了底物探針功能化的SERS活性納米顆粒。激活的DNA去甲基化酶使甲基化的底物探針發(fā)生去甲基化作

3、用,從而對甲基化敏感的限制性內切酶和核酸外切酶切割和降解底物探針,導致金納米顆粒形成聚集體,產生等離子體共振耦合效應,顯著增強了顆粒表面吸附拉曼染料的SERS信號。目前來看,我們首次報道了關于酶介導等離子體共振耦合效應的產生來獲得可重現的SERS增強。該方法簡單、快速、只需一步均相反應、穩(wěn)定性好、易于實現高通量檢測,且具有非常高的靈敏度和選擇性,為DNA去甲基化研究和相關的分子診斷、藥物篩選提供了一個簡單而有用的新方法。
　　(2

4、)高靈敏的生物標志物檢測對于蛋白組學和臨床診斷具有重要的意義。第三章中,發(fā)展了一種基于目標物介導SERS活性納米粒子自組裝的多組分均相免疫分析方法。該方法利用抗原抗體免疫夾心原理,使兩種不同形狀的SERS活性納米粒子(拉曼染料和抗體半片段功能化的球形金納米粒子和金納米棒)自組裝成有序聚集體,導致粒子間隙的局域電磁場顯著增強,從而極大增強了粒子表面吸附拉曼染料的SERS信號。與傳統的SERS活性納米粒子制備方法不同的是,我們利用化學方法對

5、抗體進行還原處理,使抗體可以通過Au-S鍵共價作用結合在金納米粒子表面。通過這種方式,不僅實現了抗體在金納米粒子表面的定向組裝,使抗體具有一致的活性,同時,減小的抗體尺寸有效地縮短了納米粒子之間的距離,能夠使粒子間隙產生更大程度的表面等離子體共振耦合和更加顯著的局域電磁場增強,并且,提高了SERS活性納米粒子在復雜生物體系中的穩(wěn)定性,有利于長期儲存。文中,我們選擇三種細胞因子,干擾素γ、白介素2和腫瘤壞死因子α作為模型體系,對方法的實用

6、性進行了考察,均獲得非常高的信背比和靈敏度。另外,我們篩選出幾種非熒光型的拉曼染料,對多種目標蛋白逐一進行編碼,實現了多目標物體系的同步分析。與傳統的基于SERS活性納米粒子的檢測方法比較,該方法操作簡單、易于掌握、無需借助于復雜的儀器和繁瑣的洗脫步驟,檢測時間短、只需一步均相反應、易于實現高通量檢測,且具有較高的靈敏度和選擇性。因此,該方法為疾病標志物的準確鑒定以及臨床早期診斷建立了一個簡單而有用的平臺。
　　(3)靈敏、快速、

7、低成本的霍亂毒素檢測對于霍亂流行病的防疫、控制和治療具有十分重要的意義。第四章中,我們發(fā)展了一種基于GM1功能化脂質體-SERS活性納米顆粒復合物的霍亂毒素檢測方法。通過使用特殊的磷脂成份,成功地制備出GM1功能化脂質體-SERS活性納米顆粒復合物,制備方法簡單、易于重復。利用神經節(jié)苷酯GM1分子與霍亂毒素分子之間的特異性作用,使納米顆粒復合物自組裝成聚集體,產生等離子體共振耦合效應,顯著增強了顆粒間隙的局域電磁場強度,從而使顆粒表面吸

8、附拉曼染料的SERS信號極大增強。與傳統的霍亂毒素檢測方法比較,該方法操作簡單、便捷、只需一步均相反應、穩(wěn)定性好,無需任何的生物分子標記和繁瑣的洗脫步驟,且具有更高的靈敏度和更好的重現性,為霍亂毒素準確鑒定以及霍亂流行病早期診斷提供了一個有用的新方法。
　　(4)鑒定和識別組蛋白去甲基化酶對腫瘤等重大疾病的診斷、預防、預后判斷以及藥物研發(fā)都有重要的意義。第五章中,我們發(fā)展了一種高靈敏、高特異性的組蛋白去甲基化酶(HDMs)活性檢測

9、方法。該方法利用了一種甲醛選擇性反應的活性探針,它能夠與組蛋白去甲基化過程中生成的副產物甲醛發(fā)生加合反應,且加合產物能夠通過巰基自組裝方式結合到金納米顆粒表面,釋放出顯著增強的SERS信號。據我們了解,這是首次關于甲醛選擇性反應探針用于SERS檢測組蛋白去甲基化酶活性的報道。與傳統的HDMs檢測方法相比,該方法操作簡單、快速、穩(wěn)定性好、不易受本底熒光的干擾、無需任何的生物分子標記和繁瑣的洗脫步驟,且具有更高的靈敏度和信背比。因此,該方法