分子印迹材料的先进制备技术与策略

分子印迹聚合物(molecularly imprinted polymers, MIPs)是采用分子印迹技术(molecular imprinting technology, MIT)制备的,具有与模板分子在形状、大小及官能团方面完全匹配的特异识别位点的高分子聚合物,能选择性识别和富集目标分析物(模板分子),已广泛用于样品前处理、化学/生物传感等领域.然而,在MIPs制备和使用过程中,仍存在模板分子洗脱困难、有效识别位点少、结合容量低、传质速率慢、水相识别差等问题.通过借鉴融合其他领域的先进技术和策略, MIT发展迅速,各种新型的印迹技术和策略不断涌现,不仅有效解决了上述问题,而且推动了新型MIPs的发展并拓展了其应用范围.本文以MIPs在样品前处理、传感和刺激响应中的应用为导向,梳理了MIPs材料的先进制备技术(表面印迹和纳米印迹技术、可控/活性聚合技术、点击化学、固相合成技术等)、策略(多模板、多功能单体、虚拟模板、片段印迹、硼亲和印迹策略等)与刺激响应印迹(磁、温度、光和pH响应等),并对印迹技术和材料的发展进行了展望.     

基于可逆加成-断裂链转移聚合的孕酮分子印迹膜制备与检测

基于可逆加成-断裂链转移(reversible addition fragmentation chain transfer,RAFT)聚合原理,通过紫外光引发方式,以2-(十二烷基硫代碳酸酯基)-2-甲基丙烯酸(DDMAT)作为唯一的控制试剂,在DDMAT修饰的金膜表面合成了针对孕酮分子的分子印迹物聚合物(molecularly imprinted polymers,MIPs)薄膜,并作为表面等离子体共振(SPR)传感器的识别单元.通过现场原位监控MIPs薄膜生长动力学,使其厚度得到有效控制.聚合动力学研究表明,DDMAT在紫外光引发聚合过程中起到引发剂和链转移试剂双重作用.对MIPs薄膜表面进行接触角、红外光谱、扫面电子显微镜表征,结果表明通过紫外光引发的方式能够有效地将MIPs薄膜接枝到DDMAT修饰的金膜表面,且MIPs薄膜厚度均一,其表面布满的纳米尺寸孔径的孔穴,为识别孕酮分子提供了通道.在pH 7.4的PBS缓冲液中对浓度范围10~(-12)~10~(-7) mol/L的孕酮样品进行检测,结果表明该MIPs薄膜修饰的传感器对孕酮分子具有较高的灵敏度,检测限为3.24×10~(-13) mol/L(信噪比,S/N=3),且具有良好的选择识别性能和重复使用性能;稳定性实验结果显示,MIPs薄膜修饰的SPR传感器芯片在N_2气保护下,室温存储30 d对低浓度的孕酮分子样品仍具有良好的信号响应.实际水体及人工尿液中测得孕酮回收率为92.9%~96.5%,说明此传感器可用于实际样品测定.     

壳隔离纳米颗粒增强拉曼光谱方法

<正>表面增强拉曼散射(SERS)是一项强有力的光谱探测技术,相对于单分子荧光光谱,它可以提供非破坏性、超灵敏、单分子水平的探测信息.可是,基于银、金、铜等金属衬底实现拉曼效应对表面粗糙和纳米颗粒形状的需求,限制了SERS的实际应用.一些方法扩展了这项技术可针对更广泛的衬底,最为显著的是探针增强拉曼光谱探测方法(TERS).利用该项技术,需探测物质可以位于一般衬底上,衬底上的纳米金探针起到了拉曼信号放大器的作用。     

聚合物电解质包裹金核银壳纳米棒制备双模式光学细胞成像探针

报道了一种新型的荧光及表面增强拉曼散射(SERS)双模式光学成像探针. 该探针以金核银壳纳米棒为SERS增强基底, 其表面标记拉曼分子产生SERS信号. 随后通过层层吸附的方法在标记了拉曼分子的金核银壳纳米棒表面包裹聚合物电解质. 最后在聚合物电解质层上连接异硫氰酸荧光素产生荧光信号. 将探针置入HeLa细胞, 实现了荧光、SERS双模式成像. 该探针具有以下优点: (1) 能产生荧光、SERS两种信号, 实现双模式光学成像; (2) 金核银壳纳米棒具有优异的SERS增强能力, 使得探针进入活细胞后仍能提供高信噪比的SERS信号; (3) 聚合物电解质在形成隔离层避免荧光信号被金属淬灭的同时, 提高了探针的生物兼容性. 这种双模式光学成像探针在药物输运和肿瘤靶向等研究中具有重大的应用前景.     

钯纳米粒子体系中的近场耦合与SERS效应

利用广义米氏散射理论(Generalized Mie)从理论上系统研究了球形钯纳米粒子二聚体的线性光学性质及其表面增强拉曼散射效应. 计算表明, 粒子间的近场耦合效应对粒子对的吸收、散射和消光光谱影响显著, 其表面等离子体激元共振峰的位置随粒子间隔的变小而显著红移. 在耦合效应和尺寸效应的共同作用下, 钯纳米粒子二聚体中“热点”位的最大SERS增强因子可达到107~108, 表面平均SERS增强因子可达105~106. 通过对远场和近场的对比研究, 发现消光谱与粒子间的近场增强谱的谱型大致相同, 但消光谱的极值峰位与SERS的最大增强峰位之间存在一定的偏离, 这显示了表面等离子激元共振对远场和近场的不同影响, 我们对此进行了讨论. 相关结果对揭示远场与近场的关联性及探索过渡金属体系中表面增强散射的电磁场增强机理有较重要的科学意义.     

表面具有非交联结构糖蛋白识别位点的分子印迹聚合物微球的可控制备

将原子转移自由基沉淀聚合技术、表面锚定糖蛋白策略及表面引发的可控自由基聚合方法相结合,发展了一种简便高效地制备表面具有(由亲水性聚合物刷形成的)非交联结构糖蛋白(卵清蛋白(OVA))识别位点的分子印迹聚合物(MIP)微球的新方法.对所得具有不同非交联印迹壳层厚度的MIP微球的形貌、化学结构、表面亲水性及模板吸附性能进行了系统研究.结果表明,该方法可高效制备在水溶液中对OVA具有优异识别性能的MIPs.随着MIP微球表面亲水性聚合物刷的引入,其表面亲水性与水相分散稳定性明显提高;同时亲水性聚合物刷的长度亦对MIPs的模板吸附性能有显著影响:只有当亲水性聚合物刷长度与OVA粒径加上微球表面修饰的苯硼酸基的总长度相近时, MIP微球对OVA的吸附容量与专一性吸附方能达到最优;此外,该MIP还具有良好的OVA选择性.     

用表面增强拉曼散射探测Bi~(3+)离子对表面络合物的作用

络合物在金属表面上的形成是一个基本而又重要的过程。对表面络合物相应结构的阐述,无论对于固液界面性质的研究,还是固体表面化学反应、表面相变及催化机理等方面的研究,都有着广泛的实际意义。表面增强拉曼散射(surface-enhanced raman scattering,简写SERS)自发现以来,由于其高灵敏度和易检测等优点,已经成为研究和实时监测表面上分子振动光谱的有力工具。用SERS研究络合物及金属表面形成的络合物也有一些报     

富氧缺陷半导体氧化物的优异SERS性能

<正>中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所赵志刚研究员与苏州大学耿凤霞教授研究团队合作的最新研究成果,以"Noble metal-comparable SERS enhancement from semiconducting metal oxides by making oxygen vacancies"为题于2015年7月17日在Nature Communications在线发表该成果成功地从材料化学的角度找到了提升半导体化合物表面增强拉曼光谱(SERS)性能的方案.20世纪70年代,人们发现吸附于粗糙银电极表面的吡啶分子有着显著增强的拉曼光谱信号,这成为SERS技     

表面增强拉曼光谱技术在肿瘤标志物检测中的研究进展

恶性肿瘤已严重威胁我国居民健康,而肿瘤标志物的灵敏、准确检测对于癌症的早期诊断、治疗及预后评价至关重要.因此,探究一种灵敏、准确、快速、无创的检测技术,具有十分重要的临床意义.表面增强拉曼光谱(SERS)是利用光与金、银等纳米结构材料相互作用产生很强的表面等离子激元共振效应,可显著增强吸附在纳米结构表面上分子的拉曼信号,以超灵敏获取样品自身或拉曼探针分子丰富的指纹图谱.该技术具有非侵入性和灵敏度高、选择性好、分析速度快、水干扰小等独特优势,使其在生命科学、临床检验等方面具有良好的应用前景,成为了一种极具潜力的生物检测技术.本文主要综述了近5年SERS技术在蛋白质类、酶类、核酸类、细胞类、组织类、气体类和其他类肿瘤标志物检测中的研究进展,分析了该技术在生物检测中亟待解决的问题与挑战,并对其未来的发展前景进行了展望.     

2,2′菁染料聚集体表面增强拉曼散射效应

菁染料常用于感光敏化剂和生物荧光探针。但近年来,实验发现菁染料的J聚集体表现出特殊的光学和非线性光学性质,这对光通讯、光计算机等领域的应用具有潜征的意义,因而又引起了人们的兴趣。目前人们对菁染料J聚集体的动力学发光行为的研究做了大量工作。本文则研究了1,1′-二乙基-2.2′菁染料(简称2,2′菁染料)J聚集体吸附于银胶体的表面增强拉曼散射(SERS)效应,首次观察到增强的泛频和组合频等高阶拉曼散射,讨论了其增强机理及J聚集体的吸附特点。     

血蓝蛋白及其与NO反应的SERS研究

表面增强拉曼散射(surface enhanced Raman spectroscopy,SERS)方法是近些年发展起来的一种高灵敏度的技术,对生物分子低至10~(-8) mol/l浓度的样品就可以获得高分辨率的谱图。血蓝蛋白Hc(Hemocyanin)是一种具有输氧功能的蛋白质,通过其中酪氨酸酚氧基     

镍电极的表面增强拉曼散射机理初探

采用二维阵列椭球模型对镍金属的表面增强拉曼散射（SERS）机理进行分析，讨论了镍电极特别是具有有序纳米结构的镍电极在0.6～4.0eV的入射光子能量范围的SERS行为，并着重分析了纳米粒子的形状对其SERS电磁增强因子的影响，计算表明，经过合适的表面粗糙后的镍电极能产生约10^2～10^4的增强因子，镍体系与典型的、具有强SERS活性的银金属相比，其SERS行为无明显的表面等离子体共振特性，避雷针效应在电磁场增强机理的贡献方面起着决定性作用，该理论分析与实验结果可较好地吻合，对制备和发展高SERS活性的过渡金属基底具有一定的指导意义。     

用硝酸蚀刻制备银表面的增强喇曼散射光谱研究

用硝酸蚀刻法获得了对吸附分子具有表面增强喇曼散射(Surface-enhanced Raman scattering,SERS)效应的粗糙银表面。该方法操作较为简便。一定的硝酸浓度下(2.5mol/L),在较宽的刻蚀时间(10—20min)内获得了稳定的SERS活性表面,即使在大气中放置较长时间,所制备的粗糙银表面仍具有强的SERS效应。由氪离子激光器647.1nm激光线激发样     

基于表面增强拉曼光谱技术的肿瘤标志物检测进展

肿瘤标志物是反映肿瘤发生情况的物质,与肿瘤诊断、治疗与监测息息相关,肿瘤标志物检测是肿瘤早期筛查的有效手段.随着精准医疗时代来临,对肿瘤标志物检测技术的要求不断提高,表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS)技术利用纳米粒子间的局域表面等离激元共振效应,增强分子光谱信号,提高检测灵敏度和准确度,成为了肿瘤标志物检测技术研究的热点,在生物医学、临床诊断等领域具有极大发展潜力.本文以组织检测和液体活检为分类,综述了近5年基于SERS肿瘤标志物检测的研究进展,并提出了通过样品处理、基底改进和探针制备等方式提升标志物检测灵敏度、特异性的思路.同时,本文对SERS技术在临床应用中面临的挑战和发展进行了分析与展望,以期开发出更具潜力的检测技术.     

用表面增强拉曼散射、红外反射吸收光谱及X-射线电子能谱研究咪唑在金属银表面的配位聚合反应

咪唑与金属离子形成的配合物不但因作氧化-还原催化剂受到人们的重视,而且具有重要的生物化学意义。但是金属银与咪唑的直接反应迄今未见报道。采用表面增强拉曼散射光谱(SERS)及红外反射吸收光谱,可以直接观察到咪唑在银表面的单分子层的结构。用X-射线光电子能谱(ESCA)对咪唑与银的化学反应作进一步的研究,研究结果证实了从SERS谱及R-A IR谱得出的结论。     

电位平均SERS技术研究物种在整个吸附电位区间的行为

表面增强拉曼散射(SERS)技术是原位研究电化学界面结构的重要谱学工具,但是SERS技术存在一严重的不足之处,即无法在表面物种的整个吸附电位区间定量(半定量)地研究其覆盖度与电极电位的关系。例如,要获得SCN~-弱吸附在银电极上(在电位负于—0.9Vvs SCE的区间)的SERS信号十分困难,尽管电化学测试表明,在此电位区间     

DNA在磁性纳米粒子表面的键合及表面增强拉曼光谱研究

DNA磁性纳米粒子在DNA或RNA的分离和纯化、靶向药物的定向以及生物传感器和生物芯片技术中有着极为重要的应用. 采用微乳液的方法有效地把SiO₂包覆在磁性γ-Fe₂O₃粒子表面, 形成了粒径均匀的单分散的磁性纳米粒子, 并在其表面成功地修饰了一层巯基化合物, 将修饰有过硫键的oligoDNA分子共价键合到其表面, 形成了DNA的磁性纳米粒子, 并进一步在其表面进行了杂交实验. 用表面增强拉曼光谱(SERS)对这一过程进行了分析研究, 证明oligoDNA被有效地连接到磁性纳米粒子的表面上.     

液晶5CB分子的表面增强拉曼散射研究

本文首次利用表面增强拉曼散射研究液晶5CB(4-cyano-,4′n-pentylbiphenyl)分子,发现5CB 分子的表面增强拉曼谱与普通拉曼谱有较大差别.本文对此作了解释,同时对5CB分子在银镜上的吸附状态作了一定的分析.5CB 是室温下非常稳定的向列型热致液晶分子.它的分子结构中没有中心桥键,因此具有较强的化学和光化学稳定性,以及很强的正介电各向异性,特别适用于显示及其它工业用     

表面增强拉曼散射研究聚丙烯腈在粗糙银表面的低温环化及石墨化

聚丙烯腈(Polyarylonitrile,PAN)在加热条件下会形成共轭杂环结构,进一步的脱氢芳香化过程会形成稳定的梯形结构,经上千度的高温处理可制取高性能的类似于石墨结构的碳纤维。最近人们的注意力集中在金属表面上PAN的化学反应。我们用表面增强拉曼散射(Surface enhanced Raman scattering,SERS)技术研究了PAN吸附在Ag表面的化学     

基于分子印迹的蛋白质识别及应用研究进展

分子印迹是制备具有模拟抗体分子识别特性材料的技术,其制备方法简单、成本低、材料稳定性好,已广泛应用于固相萃取、色谱分离、模拟酶催化、生物化学传感器、药物递送等领域.分子印迹发展至今,小分子印迹技术发展迅速,而蛋白质分子印迹研究发展相对缓慢,这主要和蛋白质复杂的自然属性有关.虽然蛋白质分子印迹挑战巨大,但是在国内外科研工作者的不懈努力下,近年来蛋白质分子印迹已取得一定的研究进展,其中不乏一些成功的新型蛋白质印迹策略.这些性能优异、功能独特的新型蛋白质印迹材料,已成功应用于蛋白组学、疾病诊断/治疗、生物成像等领域,并表现出巨大的潜在应用价值.本文总结了近10年以来蛋白质分子印迹的新方法、新策略和潜在应用前景,分析了蛋白质分子印迹领域的发展现状及存在的挑战,并展望了该领域的机遇和前景.