金属纳米粒子制备及尼古丁与牛血清蛋白相互作用SERS光谱研究

论文摘要

表面增强拉曼光谱（SERS）是一种以金属纳米为基底材料能有效增强吸附分子的拉曼散射信号强度的光谱分析方法,目前已发展成为一种高灵敏度的检测手段。研究发现,金属纳米材料的形貌、尺寸和化学组成等均对SERS增强效应产生影响,因此SERS光谱技术的发展与金属纳米技术的发展密切相关。由于金／银纳米粒子具有较好的分散性和生物相容性,SERS效应具有受水环境干扰小,特别适用于生物体系的研究的优势,因此与生物分子研究相关的生化分析领域已成为了金／银纳米粒子在SERS光谱研究中最重要的领域之一。本论文中的主要工作分为以下四部分：1.采用柠檬酸钠还原法制备金纳米、银纳米和Au-Ag合金纳米粒子,并以金纳米为种子制备Au@Ag核壳纳米粒子；以尼古丁分子为探针分子,利用SERS光谱探讨了所合成的复合纳米粒子的表面组成；以PVP为保护剂柠檬酸钠法制备形状规则、粒径分布均匀的银纳米粒子；利用种子生长法制备非球形金纳米粒子,讨论其稳定性和生长液中AgNO3用量对纳米粒子形状的影响,实验显示随着AgNO3用量的改变纳米粒子的形态有明显的变化。2.测试了尼古丁分子的IR和RS光谱图,运用Gaussin03量子化学程序包,采用DFT/B3LYP方法对其几何结构进行优化并计算了它的分子振动光谱。结果表明理论和实验光谱数据基本吻合,获得了优化的分子空间构型。3.利用SERS光谱研究尼古丁与银纳米、Au@Ag核壳纳米和Au-Ag合金纳米粒子的作用方式和吸附形态。结果显示,分子内吡啶环以末端吸附的方式垂直于银纳米表面,并形成了N-Ag键,四氢吡咯环倾斜于纳米表面；分子内吡啶环也以末端吸附的方式垂直于Au@Ag核壳纳米粒子表面,四氢毗咯环和N-CH3倾斜于纳米粒子表面；尼古丁分子内吡啶环和N-CH3垂直于Au-Ag合金纳米粒子表面,四氢吡咯环倾斜于纳米粒子表面。4.利用SERS光谱和UV-Vis光谱研究尼古丁与牛血清蛋白（BSA）的相互作用,探讨了尼古丁对BSA二级结构的影响及尼古丁在作用前后与金纳米粒子作用方式的变化。结果表明,尼古丁分子与金纳米的作用方式发生改变,BSA的二级结构也发生变化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米材料
• 1.1.1 纳米材料简介
• 1.1.2 金、银单金属纳米材料
• 1.1.2.1 球形金、银单金属纳米材料
• 1.1.2.2 棒/丝状金、银单金属纳米材料
• 1.1.2.3 多形貌金、银单金属纳米材料
• 1.1.3 金、银复合金属纳米材料
• 1.1.3.1 金银核壳复合纳米材料
• 1.1.3.2 金银合金复合纳米材料
• 1.2 拉曼光谱和表面增强拉曼光谱简介
• 1.2.1 拉曼光谱简介
• 1.2.2 表面增强拉曼光谱简介
• 1.2.3 表面增强拉曼光谱的增强机理简介
• 1.3 表面增强拉曼光谱的应用
• 1.3.1 表面增强拉曼光谱在分子生物学方面的应用
• 1.3.2 表面增强拉曼光谱在纳米材料发展方面的应用
• 1.3.3 表面增强拉曼光谱在界面化学方面的应用
• 1.4 量子化学
• 1.4.1 量子化学简介
• 1.4.2 密度泛函理论（DFT）
• 1.4.3 量子化学在光谱分析中的应用
• 1.5 本论文的研究目的及主要内容
• 参考文献
• 第二章 金属纳米粒子的制备及其表征
• 2.1 引言
• 2.2 化学试剂及仪器
• 2.2.1 化学试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 分析仪器
• 2.3 纳米粒子的制备
• 2.3.1 金纳米粒子的制备
• 2.3.2 银纳米粒子的制备
• 2.3.3 Au@Ag核壳纳米粒子的制备
• 2.3.4 Au-Ag合金纳米粒子的制备
• 2.3.5 以PVP为保护剂银纳米粒子的制备
• 2.3.6 非球形金纳米粒子的制备
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 金纳米粒子和银纳米粒子的表征
• 2.4.1.1 UV-Vis光谱表征
• 2.4.1.2 TEM图表征
• 2.4.2 Au@Ag核壳纳米粒子和Au-Ag合金纳米粒子的表征
• 2.4.2.1 UV-Vis光谱表征
• 2.4.2.2 TEM图表征
• 2.4.2.3 SERS光谱分析
• 2.4.3 以PVP为保护剂的银纳米粒子的分析
• 2.4.3.1 反应过程的分析
• 2.4.3.2 形态表征
• 2.4.4 非球形金纳米粒子分析
• 2.4.4.1 UV-Vis光谱分析
• 2.4.4.2 TEM分析
• 2.5 小结
• 参考文献
• 第三章 SERS光谱研究尼古丁与金属纳米粒子的相互作用
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 化学试剂及仪器
• 3.2.1.1 化学试剂
• 3.2.1.2 实验仪器
• 3.2.1.3 分析仪器
• 3.2.2 SERS基底的制备及表征
• 3.2.3 计算方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 尼古丁分子的DFT计算
• 3.3.2 尼古丁分子的IR光谱和RS光谱分析
• 3.3.2.1 IR光谱分析
• 3.3.2.2 RS光谱分析
• 3.3.3 以银纳米粒子为基底材料的SERS光谱分析
• 3.3.4 以Au@Ag核壳纳米粒子为基底材料的SERS光谱分析
• 3.3.5 以Au-Ag合金纳米粒子为基底材料的SERS光谱分析
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 SERS光谱研究尼古丁与牛血清蛋白相互作用
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 化学试剂与仪器
• 4.2.1.1 化学试剂
• 4.2.1.2 实验仪器
• 4.2.1.3 分析仪器
• 4.2.2 SERS基底的制备及表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 SERS光谱检测
• 4.3.1.1 尼古丁分子的SERS光谱检测
• 4.3.1.2 牛血清蛋白的SERS光谱检测
• 4.3.1.3 尼古丁和BSA相互作用的SERS光谱检测
• 4.3.2 UV-Vis光谱检测
• 4.4 小结
• 参考文献
• 附录
• 致谢