[发明专利]一种分子印迹-表面增强拉曼传感芯片及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种分子印迹‑表面增强拉曼传感芯片及其制备方法和应用，所述分子印迹‑表面增强拉曼传感芯片包含贵金属纳米粒子膜和覆盖在所述贵金属纳米粒子膜表面的MIP膜；所述MIP膜是在微米级尺度的限域空间内制备而成，所述MIP膜的模板分子为SERS惰性分子或SERS活性分子。本发明利用MIP膜的特异识别作用，将目标分子吸附至贵金属纳米粒子的“热点”范围，通过贵金属纳米粒子的信号增强作用可以实现对目标分子的拉曼检测，尤其是实现对SERS惰性分子的拉曼检测。

技术领域

本发明涉及分子印迹聚合物技术领域，尤其涉及一种分子印迹-表面增强拉曼传感芯片及其制备方法和应用。

背景技术

表面增强拉曼光谱(Surface-enhanced Raman spectroscopy，SERS)由于其无需复杂的样品预处理、操作简便、检测速度快、准确率高、仪器便携等特点，被广泛应用于食品和环境中有害物质的检测。虽然SERS可以提供分子指纹特征，但也会受到复杂基质的干扰，因此需要对目标分子进行识别来排除基质的干扰。贵金属纳米粒子是较常见的SERS识别元件，含有巯基及带正电荷的分子易于吸附到贵金属纳米粒子表面，处于贵金属纳米粒子“热点”范围，产生SERS增强效果。而不易吸附到贵金属纳米粒子表面的分子没有SERS增强效果，信号很弱。但贵金属纳米粒子的这种识别的特异性有限，且目标分子范围窄。另外，长链烷烃、半胱氨酸、环糊精和金属-有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks，MOF)等也可用于SERS识别，不过存在特异性识别作用预设性不强的问题。抗体和适配体也可作为SERS识别元件，特异性好，预设性强，但制备成本高、分子大，一般需要SERS探针分子，不能获得目标分子指纹图谱。

分子印迹聚合物(Molecular Imprinted Polymers，MIP)作为“人工抗体”，由于其具备良好的特异识别作用、高的稳定性及制备成本低等优点而被广泛用于目标分子吸附材料，例如固相萃取、色谱填料及传感器识别元件。MIP也被广泛用作SERS的识别元件构建分子印迹-表面增强拉曼(MIP-SERS)传感器，相比长链烷烃、半胱氨酸、环糊精和MOF等预设性更强，相比金属纳米粒子目标分子范围更宽。将MIPs与贵金属纳米粒子结合，可利用MIP识别吸附目标分子，同时利用贵金属纳米粒子增强目标分子的SERS的信号。MIPs与贵金属纳米粒子结合的形态主要分为两大类：粒子型和芯片型。粒子型即MIP和贵金属纳米粒子共聚为球状材料，包括MIP包裹贵金属、贵金属包裹MIP以及MIP和贵金属混合三种结合方式。芯片型即在平面载体表面制备MIP和贵金属纳米粒子的结合材料，同样包括MIP包裹贵金属、贵金属包裹MIP以及MIP和贵金属混合三种结合方式。以芯片为基础的MIP-SERS传感器具有比表面积大、传质速度快的特点，可以原位、快速检测目标分子，也可以结合SERS探针分子开发夹心法检测无SERS活性分子。但制备可控、均匀的MIP-SERS芯片识别元件仍具有很大挑战。

虽然表面增强拉曼光谱结合识别元件构建的传感器可以满足复杂基质中目标分子的检测，但很多目标分子为无SERS活性分子，因此受到信号强度的限制。虽然结合SERS探针分子和目标分子特异识别材料可以突破此限制，但材料制备及检测过程要复杂很多。欲产生较强的SERS信号需要具备两个条件：第一，分子存在活性基团，且活性基团易于吸附在SERS增强基底表面；第二，分子在SERS激光波长附近具有较强的光吸收。孔雀石绿(Malachite Green,MG)就满足这两个条件，是SERS活性分子，常被用于SERS探针分子，也易于直接进行SERS检测。但其在体内的代谢产物隐色孔雀石绿(Leucomalachite green，LMG)在SERS激光波长附近无光吸收，且不具备孔雀石绿的正电荷，与SERS基底的作用力也不强，视为无SERS活性分子，不能利用SERS对其进行直接检测。目前对隐色孔雀石绿进行检测的方法均是对其氧化后再测定，但检测结果是孔雀石绿和隐色孔雀石绿的总量，并非隐色孔雀石绿的含量。隐色孔雀石绿相较孔雀石绿具有更强的毒性及稳定性，对其检测具有重要的意义，很多研究者呼吁将其作为孔雀石绿污染的检测指标。

发明内容