基于表面拉曼光譜的光纖生化傳感技術(shù)研究.pdf

1、近年來，生化恐怖襲擊活動(dòng)在全球呈蔓延趨勢(shì)，食品中毒事件也是頻繁發(fā)生，而這些都是有毒有害的生化分子造成的，因此尋找準(zhǔn)確、快捷、指標(biāo)定量的有害生化分子的檢測(cè)方法意義重大?，F(xiàn)有的光譜學(xué)檢測(cè)手段主要有兩種:質(zhì)譜法和光譜法。表面拉曼增強(qiáng)散射(Surface Enhanced Raman Scattering，SERS)傳感技術(shù)具有靈敏度高、選擇性好、可快速檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，且具有分子結(jié)構(gòu)指紋的功能，因此SERS傳感技術(shù)在光化學(xué)傳感器件領(lǐng)域展現(xiàn)出了極大的

2、應(yīng)用潛力。
　　傳統(tǒng)的SERS技術(shù)需要在玻璃片上單獨(dú)地制作金屬微納結(jié)構(gòu)基底，并且必須在大型拉曼光譜儀下面進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)設(shè)備體積大、價(jià)格昂貴，不能適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的需要。光纖具有低損耗、抗干擾、制作成本低、制造簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，通過將貴金屬微/納結(jié)構(gòu)沉積在光纖的端面和表面制備的光纖SERS探針，在保持靈敏度下降不大、快速檢測(cè)特點(diǎn)的同時(shí)，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生化樣品分子的在線監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程檢測(cè)，因此極大地挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)SERS技術(shù)的地位。本論文將光纖SERS探

3、針上的光學(xué)理論與技術(shù)、現(xiàn)代MEMS/NEMS技術(shù)以及食品安全檢測(cè)迫切需求相結(jié)合，提出開展基于SERS效應(yīng)的光纖探針生化傳感技術(shù)研究，深入研究了光纖探針設(shè)計(jì)方法和制備工藝，并制備出兩種靈敏度高、穩(wěn)定性好的光纖SERS探針。利用制備的光纖SERS探針，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)羅丹明6G(R6G)分子的檢測(cè)。
　　本文首先介紹了表面增強(qiáng)拉曼散射的基本概念，探討了光纖生化傳感器的基本工作原理及其應(yīng)用領(lǐng)域。之后針對(duì)傳統(tǒng)SERS技術(shù)的問題設(shè)計(jì)了一種錐柱組

4、合型光纖SERS探針，基于光線追跡法優(yōu)化了錐柱組合型光纖SERS探針的結(jié)構(gòu)參數(shù)，在以上工作基礎(chǔ)上，著重開展了對(duì)錐柱組合型光纖SERS探針制備工藝的研究，并成功實(shí)現(xiàn)了基于管腐蝕法錐柱組合型光纖SERS探針的批量制備。在此基礎(chǔ)上，論文進(jìn)一步研究了不同光纖探針錐柱區(qū)直徑和銀納米顆粒修飾時(shí)間對(duì)光纖SERS探針檢測(cè)性能的影響，建立了快速、高效、具有指紋識(shí)別檢測(cè)的錐柱組合型光纖SERS傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)R6G分子的快速痕量檢測(cè)，該類型光纖SERS傳感

5、器的檢測(cè)限達(dá)到了10-14 mol/L。
　　論文隨后針對(duì)光纖端面SERS探針的遠(yuǎn)端檢測(cè)能力不足的問題，開展了一種基于球形端面結(jié)構(gòu)的光纖SERS探針傳感技術(shù)研究，包括球型探針結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和幾何參數(shù)優(yōu)化、SERS探針表面納米顆粒表征等關(guān)鍵技術(shù)研究，開發(fā)了基于熔融法和銀溶膠自組裝法制備光纖球形SERS探針的制備工藝，成功制備出SERS探針敏感結(jié)構(gòu)。利用該SERS探針球型端面表面積大的優(yōu)點(diǎn)，以R6G作為待測(cè)目的物，研究了不同直徑端面小球的S