表面增强拉曼衬底制备及定量检测方法研究

With the development of nanofabrication technology, surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) shows broad prospects for development in various fields. In respect of theoretical and application study, fabrication of qualified SERS substrates uniformly in large area at low cost is always the hot topic of related research. Our previous study showed that it is possible to use super aligned carbon nanotube thin film as etching mask for the fabrication of nanostructures on silicon, and thus formed the SERS substrates. In this proposal, the super aligned carbon nanotube thin film is supposed for fabrication of SERS substrate, especially in large area and low cost. Furthermore, the application of SERS in detection of pesticide residue is developed and a system for quick detection with high efficiency is intended to set up. In theory, the method for quantitative analysis based on SERS application will also be studied. The great advantage of commercial fabrication at low cost for super aligned carbon nanotube is taken in preparation of SERS substrates. The application fields of SERS technology will be extended based on this proposal and fabrication methods related super aligned carbon nanotubes.

表面增强拉曼散射技术在多个领域具有广泛的应用前景，微纳米加工和合成技术的发展也使得该技术的检测性能得到了不断的提高。在理论和应用研究方面，发展行之有效的微纳米加工制备方法，实现高质量基底的制备和性能提高，进而完成定量检测，一直是该领域的研究热点问题。基于此，本课题提出利用超顺排碳纳米管薄膜作为刻蚀掩蔽材料，实现表面增强拉曼基底的高质量、均匀制备。在此基础之上，拓展该技术和材料在农药残留检测方面的应用，并建立基于拉曼技术的快速、高效检测系统，着重挖掘此种方法在定量及半定量检测方面的应用潜力。在理论方面，重点研究提高表面增强拉曼散射技术的均匀性和可重复性，发展基于拉曼技术的定量和半定量分析方法。本课题可以发挥超顺排碳纳米管薄膜已实现均一、大面积制备的优势，发展表面增强拉曼基底高质量制备的新方法，以农药残留检测为切入点，探讨基于拉曼技术的定量检测方法，探索推进该项技术应用范围的进一步拓展。

本课题提出利用超顺排碳纳米管薄膜作为刻蚀掩蔽材料，实现表面增强拉曼基底的高质量、均匀制备，通过三年的研究工作，圆满的完成了既定的研究计划，达成了预期的研究目标，并通过对几个关键的科学和技术问题的深化研究，拓展了表面增强拉曼光谱技术在临床医学上的应用。主要研究成果归纳为以下四个方面：通过对利用超顺排碳纳米管薄膜作为晶体硅材料刻蚀掩模的研究，本课题实现了在晶体硅材料表面多样化的为纳米结构制备工作，其结构尺度可以最小达到数十纳米量级；利用此种无光刻的微纳米结构制备方法，研究其与金属材料的复合过程，实现了高质量SERS基底的大面积、均一化制备，并针对农药残留物实现了痕量检测；拓展此种工艺的应用范围，在多种柔性透明基底上实现SERS功能；在本课题中，同北京市妇产医院展开合作，探索表面增强拉曼散射技术在医疗卫生领域的应用。本课题可以发挥晶体硅材料化学性质稳定以及拉曼谱峰明确等优势，发展以晶体硅材料为内标的定量检测方法，结合超顺排碳纳米管薄膜已实现均一、大面积制备的优势，探索表面增强拉曼散射定量检测重点问题的解决方法。目前，利用该SERS技术及基底材料，已经实现了对新生儿尿液样本中的咖啡因定量检测，并与便携式的拉曼光谱仪相结合，完成了实时检测系统（Point of care test，POCT）的构建。目前，临床尿液样本检测通常采用色谱-质谱联用等传统方法进行，大部分医院均不具备独立进行检测的条件，需送外检，其耗时较长且费用较高。以此为切入点，利用拉曼光谱技术对生化分子“指纹谱”识别的高特异性特点，研究探索基于拉曼光谱技术的定量检测方法在医学卫生领域的应用。这种测量方法在物理检测上来说更为精确，可以直接进行分子级别的检测，且操作流程较为简便，兼顾了实用性与经济性，极具拓展潜力，可以为提高我国基层医疗水平和普及公众营养观念做出重要贡献。本项共发表SCI论文4篇，获授权发明专利6项；培养博士研究生3人。