高通量纸质SERS基底的制备及其在食品安全和药物分析中的应用

作     者：夏真蓉 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李晓春;邓荣

授予年度：2022年

学科分类：1007[医学-药学(可授医学、理学学位)] 100704[医学-药物分析学] 1004[医学-公共卫生与预防医学(可授医学、理学学位)] 081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 100403[医学-营养与食品卫生学] 10[医学] 

主      题：表面增强拉曼光谱 内标探针 疏水纸基 喷墨打印 福美双 甲基苯丙胺 

摘      要：表面增强拉曼散射(Surface enhanced Raman scattering,SERS)技术由于具备灵敏度高、水分子干扰小、可原位无损检测等优点,被广泛应用于食品安全、生命科学、环境监测等诸多领域。SERS技术的灵敏度、稳定性及可重复性与所用的SERS基底性能密切相关。近几年,纸质基底因成本低、可批量生产、对环境友好等优势成为SERS基底制备常用材料之一。但是,由于纸质材料表面多为孔状结构且纳米粒子在其表面通常会发生无序聚集,导致纸质SERS基底的重复性较差,难以满足实际样本的检测需求。本文以提高纸质SERS基底的重复性为目标,结合纸质材料的独特优势,制备了两种具有高重复性的疏水纸质SERS基底,即内标化疏水纸质SERS基底和疏水-壳聚糖纸质SERS基底,并进一步探究了上述两种疏水纸质SERS基底在食品安全以及药物分析领域中的应用。具体研究内容如下:首先,本研究基于内标化SERS技术,以内嵌有信标分子的Au@MBN@Ag NPs双金属纳米颗粒作为SERS活性基底材料,结合了高通量疏水纸基,开发了一种便携、高灵敏的福美双检测方法。通过采集不同浓度福美双的拉曼光谱信号,实现了福美双的定量检测分析。在核壳纳米颗粒之间引入内标分子对巯基苯甲腈(4-MBN)可以有效缓解基底不均匀对福美双SERS信号的影响,疏水纸基的使用进一步提高了检测的灵敏度。结果表明,SERS信号强度比值(I=I/I)与福美双的溶液浓度之间呈现良好的线性关系,线性相关系数(R)为0.99897。同时,对梨汁中3种不同浓度福美双的加标样品进行了SERS光谱信号采集,计算出梨水中福美双农药的回收率范围在83.58%～89.15%之间,相对标准偏差均小于8%,说明了该内标比率型疏水纸质SERS基底具有较好的重现性和准确度。此方法操作简单、抗干扰性强,可为农残的定量检测分析提供一条有效的途径,有望在实际样本检测中得到广泛应用。其次,为了解决疏水滤纸表面由于纤维素之间的孔隙导致纸基表面不平整,SERS基底重复性差的问题,本文通过在滤纸表面均匀涂覆了壳聚糖溶液,对纸基表面进行改性处理。随后,利用喷墨打印技术,进一步制备了高通量纸质SERS基底。利用喷墨打印技术制备的疏水-壳聚糖纸质SERS基底可检测到0.01 pmol/L结晶紫的拉曼光谱信号,相对标准偏差低于7%,证明基底具有较好的重复性和灵敏度。同时,还探究了该喷墨打印纸质SERS基底在药物分析领域中的应用前景,测得甲基苯丙胺(MAMP)的检测限为1.43 ppb,满足刑法中规定的最低浓度。因此,本研究所提出的喷墨打印疏水-壳聚糖纸质SERS基底具有制备方法简单、重现性和灵敏度较好、可批量制备、稳定性较好的优势,为现场药物分析检测或者其他的POCT检测提供一种可行性策略。