[发明专利]基于表面增强拉曼光谱探测痕量生物分子电离辐射分解反应的方法

摘要

本发明公开了基于表面增强拉曼光谱探测痕量生物分子电离辐射分解反应的方法，包括有三种适合于生物分子辐射实验的表面增强拉曼光谱（SERS）基底及其相应的测试方法：利用银纳米片组成的微米半球做SERS基底，定量测量固态生物样品（例如：蛋白质）在离子辐射直接作用下的辐射损伤；利用金包裹二氧化硅亚微米球做SERS基底，再连接上DNA，定量测量固态生物样品DNA分子在离子辐射直接作用下的辐射损伤；利用银胶体颗粒，把它和从辐射反应溶液中取样混合，利用SERS效应测量辐射分解反应产物，研究辐射间接作用下生物分子的辐射损伤。本发明可以方便地对载能离子引起微量生物分子的辐解反应进行在线、无损和痕量检测。

主权项

基于表面增强拉曼光谱探测痕量生物分子电离辐射分解反应的方法，其特征在于，包括有三种适合于生物分子辐射实验的表面增强拉曼光谱(SERS)基底及其相应的测试方法，可任意选择其中一种：(1)利用银纳米片组成的微米半球做SERS基底，定量测量固态生物样品(例如：蛋白质)在离子辐射直接作用下的辐射损伤；①银纳米片组成的分散的微米半球的制备方法的关键过程如下：以硝酸银和柠檬酸的水溶液作为电解液，石墨片为阳极，ITO衬底为阴极，在室温下采用20μA/cm2的电流密度，在恒电流条件下电沉积60分钟；然后将带有大量分立的银纳米片组成的微米半球的ITO衬底取出用去离子水清洗多次，再用纯氩气吹干，获得覆盖在ITO衬底上的大量分立的银纳米片组成的微米半球；②在SERS光谱测试之前，将银微米半球用等离子体清洗20分钟，从而去除半球表面残留的柠檬酸；③利用银纳米片组成的分散开的微米半球做SERS基底，在上面滴加微量生物分子(例如：蛋白质)；在SERS光谱测量中，在显微镜下可以清楚看见和区分那些分散开的微米小球，从而选定某一个银纳米片微球，并用532nm波长的激光聚焦其上，识别并反复测量单个微球上面的生物分子在不同辐照剂量下的SERS光谱；(2)利用金包裹二氧化硅亚微米球(直径100‑500nm)做SERS基底，再连接上DNA，定量测量固态生物样品DNA分子在离子辐射直接作用下的辐射损伤；①制备金包裹二氧化硅亚微米球的操作过程如下：在50mL纯酒精中加入3mL浓度为30％的氨水溶液搅拌，加入1.5mL的TEOS(Tetraethylorthosilicate)，缓慢搅拌过夜得到乳白色液体，调节参加反应的酒精和氨水摩尔比例，即可得到粒径在100‑500纳米的二氧化硅小球；然后用硅烷偶联剂将金纳米颗粒种子(直径大约1‑3nm)固定在APTES修饰的二氧化硅小球的表面；之后再在金纳米颗粒种子包裹的二氧化硅小球表面继续生长一层金的壳层，通过控制参加反应物质的量和核壳半径比率以及金壳层的完整度调节金包裹二氧化硅小球的可见‑紫外吸收峰位置；②利用金包裹二氧化硅亚微米球做SERS基底，再用一定的方法连接上DNA；操作过程如下：取一定量的巯基修饰的单链或双链DNA粉末溶解于去离子水中，加入二硫苏糖醇(DTT)活化后，取若干微升样品滴加在基片上，将基片置于湿润环境中过夜即可；③把连接上DNA的金包裹二氧化硅亚微米球铺在石英片上测量在不同辐射剂量(时间)的SERS光谱；操作过程如下：取合适大小的石英片，用去离子水、酒精、piranha solution(H2SO4/H2O2：7/3)循环清洗，氮气吹干备用；通过偶联剂将金包裹二氧化硅小球固定在石英片上；在显微镜下可以清楚看见和区分那些分散开的金包裹二氧化硅亚微米球(100‑500nm)，选定某一个微球，用785nm波长的激光聚焦其上，识别并反复测量亚微米球上面的DNA分子在不同辐照剂量下的拉曼光谱，通过改变连接时间可以调节金包裹二氧化硅小球在石英片上的疏密程度；(3)利用银胶体颗粒，把它和从辐射反应溶液中取样(辐射反应溶液中含微量的生物分子与反应生成物质)混合，利用SERS效应测量辐射分解反应产物，研究辐射间接作用下(即：通过活性氧自由基起作用)生物分子的辐射损伤；①银胶体颗粒的制备，用一般的柠檬酸钠还原硝酸银的方法：用4mL 1％柠檬酸钠还原200mL 10‑3M硝酸银；②利用银胶体颗粒做SERS基底，将辐射反应溶液中含有微量的生物分子及其反应生成物与纳米银颗粒混合，滴铺在石英片上，在显微镜下可以清楚看见和区分那些分散开的银胶体颗粒和纳米银颗粒，从而选定某一个银胶体颗粒或纳米银颗粒，并用532nm波长的激光聚焦其上，识别并反复测量单个颗粒上面的生物分子在不同辐照剂量下的SERS光谱。