細(xì)菌由于種類繁多,傳播途徑廣泛,極易對動物以及人類產(chǎn)生疾病危害。因此,對細(xì)菌的檢測以及有效的預(yù)防就顯得尤為重要。目前用于細(xì)菌檢測的方法主要包括生物學(xué)和光譜學(xué)兩大類,前者存在操作繁瑣、耗時長、普適性差等缺點。表面增強拉曼散射(SERS)由于靈敏度高,特異性強,近年來被應(yīng)用于檢測微生物;而靜電紡絲納米纖維膜則為SERS檢測提供了一種具有高活性,高均勻性,自支撐性的基底。本文以貴金屬納米Ag作為SERS增強活性材料,制備有機/無機復(fù)合靜電紡絲納米纖維膜;采用多種技術(shù)手段表征了所制備材料的形貌和結(jié)構(gòu),將其應(yīng)用于對有機小分子探針和生物大分子細(xì)菌的SERS檢測,并研究了復(fù)合薄膜的抗菌性能。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)Ag@TiO_2靜電紡絲納米纖維的制備與細(xì)菌檢測及抗菌性研究為制備具有高活性的SERS基底,以鈦酸四丁酯為鈦源,進行靜電紡絲制備出二氧化鈦前驅(qū)體納米纖維;然后通過階段性控溫?zé)峤獾玫絋iO_2納米纖維;接著將TiO_2納米纖維浸泡于新配制的Tollens’試劑中,利用葡萄糖還原法在其表面沉積Ag納米顆粒,得到Ag@TiO_2靜電紡絲納米纖維。通過掃描電子顯微鏡(SEM)、能量色散x射線譜儀(EDX)、透射電子顯微鏡(TEM)、x射線粉末衍射儀(XRD)對Ag@TiO_2納米纖維進行了形貌和結(jié)構(gòu)表征。結(jié)果表明,Tollens’試劑中浸泡10分鐘的納米纖維表面沉積的Ag納米顆粒粒徑均一,且均勻分散在纖維表面。復(fù)合纖維膜具有優(yōu)異的SERS性能,對有機小分子探針對羥基苯硫酚(4-MPh)和對巰基苯甲酸(4-MBA)的最低檢測濃度可以達到10~(-9) mol/L,更為重要的是,不經(jīng)預(yù)先的細(xì)菌-適配體結(jié)合,就能夠?qū)崿F(xiàn)對生物大分子如大腸桿菌(E.coli)和金黃色葡萄球菌(S.aureus)的直接檢測。采用吸收法和細(xì)菌微觀形貌觀察法研究了細(xì)菌的抗菌性能,結(jié)果顯示纖維膜對細(xì)菌的抑菌率達99%,尤其對E.coli更為顯著,并提出了可能的抗菌機理。(2)Ag@PAN靜電紡絲納米纖維的制備與細(xì)菌檢測及抗菌性研究為解決上一章TiO_2纖維的脆性以及本身具有SERS特征峰的問題,本章以聚丙烯腈(PAN)為基底,通過靜電紡絲得到直徑分布范圍窄的PAN納米纖維;然后通過預(yù)浸漬,浸泡和葡萄糖還原,得到表面負(fù)載Ag納米顆粒的Ag@PAN復(fù)合納米纖維。采用SEM、XRD、TEM、X射線光電子能譜儀(XPS)等對樣品進行了結(jié)構(gòu)和形貌表征。采用4-MPh和4-MBA對Ag@PAN的SERS活性進行了檢測,并且采用滴加與浸泡制樣法對E.coli和S.aureus進行了SERS檢測。通過濁度法、抑菌圈法和細(xì)菌微觀形貌觀察法考察了所制備復(fù)合納米纖維膜的抗菌性能。結(jié)果表明,Ag納米顆粒在PAN納米纖維表面均勻負(fù)載,所制備的Ag@PAN復(fù)合納米纖維膜展現(xiàn)出高的SERS活性與均勻性,可實現(xiàn)對細(xì)菌的直接快速檢測,并且樣品具有良好的抗菌作用。(3)Ag-TA@APAN靜電紡絲納米纖維的制備與細(xì)菌檢測及抗菌性研究為增強Ag納米顆粒與PAN纖維基底的結(jié)合力,提高負(fù)載率。首先,通過靜電紡絲得到直徑均一的PAN納米纖維;隨后,對PAN納米纖維進行胺肟化改性,得到表面富含胺基與羥基的聚丙烯腈(APAN)納米纖維;接著,將單寧酸(TA)修飾到纖維表面;最后,將APAN浸漬于硝酸銀溶液中,利用表面修飾TA的還原作用,得到Ag納米顆粒并原位修飾到改性PAN纖維表面,構(gòu)筑形成Ag-TA@APAN復(fù)合納米纖維膜。結(jié)構(gòu)分析表明,Ag納米顆粒通過氫鍵作用牢固而均勻地附著在TA@APAN納米纖維表面。性能測試表明Ag-TA@APAN靜電紡絲納米纖維作為SERS基底對小分子探針的檢測靈敏度達到10~(-9) mol/L,并且可以有效地應(yīng)用于生物大分子細(xì)菌的SERS檢測。同時,樣品展現(xiàn)出良好的抗菌性能。(4)PAN@Cu_2O@Ag靜電紡絲納米纖維的制備與細(xì)菌檢測及抗菌性研究為消除Ag納米顆粒修飾于纖維外所可能引起的抗菌性損耗對SERS檢測的不利影響,本章制備了SERS活性物包覆于纖維內(nèi)部的復(fù)合納米纖維。首先制備出Cu_2O@Ag復(fù)合納米微球;然后,通過靜電紡絲法構(gòu)筑PAN@Cu_2O@Ag復(fù)合納米纖維�？刂艭u_2O@Ag納米微球與PAN的比例,探究纖維中Cu_2O@Ag的包覆量對結(jié)構(gòu)和性能的影響。對產(chǎn)物進行了結(jié)構(gòu)和性能分析,結(jié)果表明,平均粒徑約為100 nm的核殼結(jié)構(gòu)Cu_2O@Ag納米微球分散于PAN纖維內(nèi)部。復(fù)合纖維對小分子探針的SERS檢測靈敏度為10~(-8) mol/L,也適用于細(xì)菌的無標(biāo)記SERS檢測。PAN@Cu_2O@Ag同時展現(xiàn)出一定的抗菌性。
【學(xué)位單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ340.64;TB383.2
【部分圖文】：

1.3 SERS 用于細(xì)菌檢測的研究現(xiàn)狀1.3.1 SERS 用于有標(biāo)記物的細(xì)菌檢測電漿納米顆粒修飾特定的有機分子或者目標(biāo)識別物可以形成SERS標(biāo)簽。這類SER簽可以產(chǎn)生強信號的拉曼特征峰。包含 N 或者 S 的有機分子因為表現(xiàn)出對電漿納米更高的結(jié)合力，常被用來作為拉曼探針分子。一些探針分子如對氨基苯硫-aminothiophenol, 4-ATP)，對巰基苯甲酸(4-mercaptobenzoic acid, 4-MBA)，5,5-二硫(2-硝基苯甲酸)(5,5-dithiobis-2-nitrobenzoic acid, DTNB)已經(jīng)被成功地應(yīng)用于 SERS 檢測標(biāo)記物[20-23]。除了這些探針分子用于細(xì)菌檢測，另外還有一些可識別基團的分子抗體，適配體或小分子配位體等，也可用來進行致病菌的檢測。（1）抗體標(biāo)記物抗體由于其本身的特性，常被用作識別基團，主要是通過共價鍵結(jié)合對細(xì)菌顯示

除了抗體作為標(biāo)記物，核酸適配體作為一種可以識別致病菌的探針，也可以用于菌的檢測[29, 30]。核酸適配體，也稱為適配體，是指單序列的 DNA 或者 RNA 分子鏈以與目標(biāo)物分子產(chǎn)生高度結(jié)合力的獨特的序列分子結(jié)構(gòu)。核酸適配體具有高的親和異性、可化學(xué)修飾、可大批量處理以及高的穩(wěn)定性[31, 32]。更重要地，基于信號放大，如滾動循環(huán)放大模型，可以對體外核酸分子進行信號放大，有效提高檢測的靈敏度hang 等人合成了核酸適配體修飾的 Au 納米顆粒，用來進行鼠傷寒沙門氏菌和金黃萄球菌的檢測[33]。Duan 等人報道了表面適配體功能化的 Au@Ag 核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒夠有效地結(jié)合并識別鼠傷寒沙門菌，然后在 X-羅丹明 (ROX)上修飾另一種適配體以結(jié)合致病菌，進而形成了 Au@Ag-apt1/target/apt2-ROX 的三明治結(jié)構(gòu)；圖 1-2 為 SERS 適配體對鼠傷寒沙門氏菌的定性分析，結(jié)果表明該三明治結(jié)構(gòu)可以有效地應(yīng)細(xì)菌的 SERS 檢測并且能夠達到協(xié)同增強的效果[34]。通過以上研究分析表明，適配有體積小，易于合成和標(biāo)記，生產(chǎn)成本低，特異性強等優(yōu)點；但是操作工藝要求高實際檢測中應(yīng)用較為繁瑣，不利于實際應(yīng)用。

此之外，多組分 SERS 基底由于組份多樣而易于構(gòu)筑新型基底材料，能提高靈敏度與可重復(fù)性，并且由于其多組分可以賦予基底多種功能特性，這些材二氧化硅、Fe3O4、MnFe2O4等[62-64]。Fan 等人報道了一種石墨烯負(fù)載爆米米顆粒的復(fù)合材料，并將其應(yīng)用于 S. aureus 的 SERS 檢測，最低檢測限y-forming units (cfu)/mL，并且表現(xiàn)出極高的可重復(fù)性[65]。Zhang 及其合作者制
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本文編號：2847420