磁辅助的SERS活性微针研究文献综述

 2023-08-03 10:08
  1. 选题背景和意义:

人体内有丰富多样的化学物质,如CO2、H2S等,这些物质的浓度成为衡量人体生理健康的一个重要标准,比如CO2在人体内的作用主要是调节呼吸与维持体内酸碱平衡,而CO2超过人体自然的正常含量,其超过部分就可视为代谢废物,如果浓度长时间处于异常状态,则会影响人的正常生理活动。然而,检测这些物质的浓度却不像检测细胞数量、微量元素一般容易,因为这些物质往往不能直接测量,需要通过中间物或者一系列复杂的反应来判别,如何快速、准确的检测出人体内相应物质的浓度成为世界范围内科研人员一个重点方向。

在传统医学领域中,想要测出体内某种物质的浓度,需要进行化验,然而传统医学对于血液检测效率并不理想,以医院中最常见的血常规为例,单次测量只能测量一定数量的样本,且需要一定的时间。当我们需要定向测量某种物质,且样本数量非常大时,这将会给医院带来极大压力。测验的效率是全世界医学界的一个关键所在,也关乎着我们的日常生活。例如此次的新型冠状病毒COVID-19,由于疫情初期,试剂盒研发慢、产量少,而待测人员数量极大,给医护人员造成了很大的困难。在试剂盒研发成功后,确诊效率明显有所增加,这又说明了快速诊断的重要性。

表面增强拉曼散射(SERS)效应是指在特殊制备的一些金属良导体表面或溶胶中,在激发区域内,由于样品表面或近表面的电磁场的增强导致吸附分子的拉曼散射信号比普通拉曼散射(NRS) 信号大大增强的现象。

本课题选用磁性微针与SERS增强磁珠混合,形成磁辅助的SERS活性微针,磁珠可以放大生物体内化合物微弱的信号,以此判别其浓度。使用微针进行检测,操作非常简便,不仅创口小,可以准确的反映目的物质的浓度,且每次检测可以很多个样本同时进行,大大节省了检测时间。最重要的是,它可以检测人体中浓度低又难以测量的化合物,为血液检测提供了新的工具。

  1. 课题关键问题及难点:

在过去的几个月里,本人通过阅读老师所给的文献,在老师的帮助下,进行了此次实验的一些预实验。在进行实验的过程中,发现实验的一些关键步骤,以及一些比较难以解决的问题,一些已经解决完毕,还有一些等待进一步实验改进,主要如下:

1. 磁针和磁粉的制备

在以前磁针的设计里,孔洞是选用电化学刻蚀,这样导致孔洞大小非常不均匀,而且会有很多的杂质。我们选用激光打孔,激光打孔的好处是孔洞均一,在填充磁粉时就比较好控制量。另外,磁粉的选取也很重要,因为磁粉的粒径大小是不均一的,而我们需要的是在一定范围内的磁粉,这一点在下面第四部分方案论证有详细介绍。

2. 磁粉填充的相关问题

磁粉填充入孔洞是很重要的一个步骤。磁针的孔洞很大,而我们的磁粉是很小的,没有固定物磁粉很难在孔洞中留存,如果用大量的磁粉强行塞满孔洞,又会出现磁珠无法吸附、容易脱落的问题。我们需要的是一定深度的磁粉,并且磁粉的表面要尽量平整,这样有助于磁珠吸附,为了解决这个问题,我们选用了聚己内酯这种分子,它的优点在于熔点低,可以反复加热,混合后冷却就可以凝固下来,且生物相容性非常好,这样既不影响材料的性质,有能很好地解决磁粉填充的问题。

3. 金磁混合物的稳定性问题

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