光波導中生物樣品拉曼光譜增強的研究

《光波導中生物樣品拉曼光譜增強的研究》是依託上海交通大學，由黃梅珍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：光波導中生物樣品拉曼光譜增強的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：黃梅珍
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

拉曼增強光譜是研究水溶液環境中生物樣品的有力手段，已在蛋白質二級結構的研究、DNA和分子間的作用等領域顯示了重要的作用。但現有各種增強的手段又有明顯的不足，例表面增強技術中樣品需要預處理，共振拉曼增強因雷射波長有限適用性差，而採用液芯光纖的拉曼增強要求樣品的折射率比光纖包層高，套用範圍受到嚴重限制。本項目在前期工作基礎上，提出一種利用毫米尺度雙面金屬包覆波導結合自由空間耦合技術實現生物樣品拉曼光譜增強的新方法，該方法不僅適用於水溶液樣品、活性狀態下生物大分子的結構及其變化的研究，而且樣品不需要複雜的預處理，不受雷射波長和樣品折射率的限制。另外，該方法又易於與現有表面增強方法和顯微拉曼技術連用，有望取得優於現有技術的結果。預計該方法在疾病的的早期診斷與監測和生物大分子相互作用研究領域獲得廣泛的套用。

結題摘要

針對拉曼光譜技術與生物醫學檢測套用相結合的研究熱點，在前期實驗和理論預研究的基礎上，本項目探討了一種利用雙面金屬包覆波導結合自由空間耦合技術實現增強拉曼光譜的新機制和方法，創新性地將雙面金屬包覆波導結構拉曼增強機制與表面拉曼增強機制有機地相結合，從物理內涵解析以及實驗的角度論證了這種方法的可行性以及局限性。同時，進一步深入研究了增強拉曼光譜技術和方法在疾病篩查診斷套用上的可行性，研究了癌細胞等生物樣本對金屬納米顆粒的吸收行為。此外，建立了實現高精度拉曼光譜檢測的創新技術方法和裝置系統，為課題後續深入的研究提供了實驗條件和技術保障，具有重要的研究意義和實用價值。結題報告正文主要分為以下四個方面： 第一部分，從理論上計算、模擬雙面金屬包覆波導結構的電場增強效果；在理論指導下最佳化了雙面金屬包覆波導結構設計；實驗研究了增強的效果以及降低波導損耗、提高耦合效率和拉曼信號收集效率的方法。 第二部分，從理論計算以及實驗兩方面，對雙面金屬包覆波導結構拉曼增強機制與表面拉曼增強機制的結合進行探討，採用此方法進行生物樣本的拉曼光譜測量和研究。 第三部分，通過對患者以及正常人體液的增強拉曼光譜的對照測量，結合主成分分析和線性判別分析等化學計量學方法，論證了增強拉曼光譜技術在疾病篩選套用上的可能性、可靠性。研究了癌細胞等生物樣本對金屬納米顆粒的吸收行為。 第四部分，建立並最佳化了拉曼光譜信號測量系統的性能，創新提出了如何精確對準樣品獲得最佳拉曼光譜的方法和快速的波數定標方法等。 在基金的支持下，累計發表論文共18篇（其中SCI收錄15篇），申請發明專利5項，授權1項。