硅基SERS基底优化及对临床耳聋突变致病基因和实体水中汞离子的检测-材料科学与工程专业论文.docxVIP

硅基 SERS 基底优化及对临床耳聋突变致病基因和实体水中汞离子的检测 中文摘要 中文摘要 硅纳米材料具备很多优异的特性，在分析化学和生物学等学科领域中受到广 泛的关注。本论文基于电化学反应原理通过调节和优化反应溶液硝酸银的 pH 值， 在单晶硅片表面原位还原生长银纳米粒子，制备得到粒径分布均匀的硅基材料 （Silver Nanoparticles-decorated Silicon wafer，AgNPs@Si），并对不同 pH 值条件下 得到的 AgNPs@Si 基底进行 表 面 增 强 拉 曼 散 射 （ Surface-Enhanced Raman Scattering，SERS）效应的科学研究。以优化后的 AgNPs@Si 材料作为高效的 SERS 基底，我们进一步发展了一种新型的硅基 SERS 检测策略，实现对基因突变性耳聋 致病基因和湖水中汞离子含量的分析检测。本论文的主要研究内容有: 1、用氢氟酸蚀刻法制备 AgNPs@Si SERS 基底。系统研究了反应溶液硝酸银 的 pH 值对 AgNPs@Si 表面形貌（粒子尺寸和分布情况）及其 SERS 强度的影响。 随着硝酸银溶液的 pH 值从 1 增加到 12，银纳米粒子尺寸不断增大（40-120 nm）， 趋向于均匀分布，材料具有较高的 SERS 信号强度；当硝酸银溶液的 pH 值继续增 加到 13 和 14 时，银纳米粒子出现尺寸不均一现象，部分粒子聚集严重。相应的， AgNPs@Si 材料的拉曼强度逐渐减弱。在硝酸银溶液的 pH 值为 12 时制备得到的 AgNPs@Si 材料具有最强的 SERS 信号强度，重现性良好。 2、选择最优条件下的 AgNPs@Si 材料（pH 值为 12）作基底，发展了茎环结 构 DNA 辅助的硅基 SERS 检测平台并对 DNA 及实际体系中的耳聋突变致病基因 进行灵敏性和特异性分析检测。其最低检测浓度低至 500 fM，具有良好的灵敏性、 特异性和重现性。 3、继续选取最佳条件下制备得到的 AgNPs@Si 材料（pH 值为 12）作为基底， 我们构建了一种高效的 SERS 生物传感器，完成了对毒性汞离子的分析检测。在八 种干扰离子存在的条件下对汞离子的检测极限最低可达到 100 fM，同时可实现对 实体湖水中汞离子的高特异性和灵敏性检测。AgNPs@Si 材料具有制备成本低、操 作过程简单和重现性良好等特点，我们希望这种硅基 SERS 平台能在环境和生物分 析等实际检测领域得到广泛应用。 I 中文摘要 硅基 SERS 基底优化及对临床耳聋突变致病基因和实体水中汞离子的检测 关键词：硅纳米材料，表面增强拉曼散射，茎环结构 DNA，耳聋突变致病基 因，汞离子检测 作 者：王 会 指导老师：何 耀 教授 II PAGE PAGE IV Optimized silicon-based SERS sensors for discrimination of deafness mutations and Hg2+ in real systems Abstract Optimized silicon-based SERS sensors for discrimination of deafness mutations and Hg2+ in real systems Abstract Silicon nanomaterials have already drawn widespread attentions in various fields ranging from chemistry to biology due to a myriad of unique traits. In our study, silver nanoparticles in situ growth on silicon wafer, i.e., AgNPs@Si with uniform size distribution are developed and optimized by pH values of AgNO3 via an electrochemical reaction method. We herein have systematically examined distinct SERS performance of AgNPs@Si induced by different morphologies of silver nanoparticles at various pH values of AgNO3. Then by using AgNPs-modified Si prepared under optimum conditio