几种羧基生物分子的Raman光谱及其表面增强拉曼散射（SERS）研究

【摘要】： 拉曼(Raman)光谱技术是研究晶体或分子结构的一种重要工具.它能够快速获得分子振动的固有频率、分子对称性及分子内部作用力、表面处理、界面反应等较为丰富的信息.由于普通拉曼散射信号强度非常弱，灵敏度低，而限制了其在低检测限获取信息的能力.为了获得无干扰、高质量的拉曼光谱图，人们先后发展了激光拉曼光谱、傅立叶变换拉曼光谱(FT-Raman)，表面增强拉曼散射(SERS)光谱、共振拉曼光谱、时间分辨拉曼光谱等新技术. 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，吸附子的拉曼散射信号比普通拉曼散射信号大大增强的现象.由于其高探测灵敏度、高分辨率、水干扰小、可猝灭荧光、稳定性好及适合研究界面等特点，被广泛应用于表面研究、吸附物界而表面状态研究、生物大分子的界面取向及构型、构象研究和结构分析等. 本文应用Raman光谱及SERS研究了几类含羧基结构的生物分子，其中包括:几种蛋白质氨基酸、DNA、药物、莽草酸.分别获得其Raman光谱及SERS;根据SERS选律和作用机理，推测了几种含羧基结构的生物分子在银粒子和金/银核-壳复合粒子两种基底表面的作用方式、吸附状态及其不同浓度pH值下的变化规律.另外，利用拉曼光谱探讨了几种蛋白质氨基酸与九芴甲氧羰基(Fmoc)的复合物分子内对应基团的振动情况. 1.支链氨基酸在金/银核-壳复合纳米粒子上的FT-Raman光谱及其SERS研究 获得了亮氨酸，异亮氨酸及缬氨酸三种支链氨基酸的Raman光谱及其在金/银核-壳复合粒子基底表面的SERS光谱;由此结合金/银核-壳复合粒子基底的特性和SERS机制，探讨了三种支链氨基酸此基底表面不同的作用方式及其吸附模式.实验结果表明:支链氨基酸不同的SERS及其在金/银核-壳复合粒子基底表面不同的吸附状态主要为分子内对应的支链甲基的不同振动模式所致，而羧基在三种分子结构中都明显的与金银复合粒子产生了作用.又由于金/银核-壳复合粒子基底均一性和高SERS增强因子，尤其在不同浓度及pH值条件下，致使三种分子在其表面的SERS和吸附差异更为突出. 2.药物与DNA相互作用的SERS研究 选择了三种含羧基或羧基变异结构的药物:卡铂、阿霉素和博莱霉素作为探针，研究了三种药物各自的拉曼光谱，在具有较强的SERS增强因子的银粒子基底表面的SERS;对拉曼峰进行了归属，通过对比研究三种药物与DNA相互作用的SERS，考察了三种药物与DNA在银粒子表面相互作用的情况及其影响变化.对药物的体外筛选提供有意义的参考. 3.SERS研究含环状结构的氨基酸在银胶中的吸附状态 通过对比苯丙氨酸、组氨酸、色氨酸三种带环状结构的氨基酸的Raman光谱，分析了羧基在不同分子结构中的振动峰位差异;以及获得了三种氨基酸分子在银粒子表面的SERS，结合SERS机理推测了三种环状结构氨基酸的吸附状态，尤其分子结构中羧基的振动峰位及吸附差异.Z后探讨了氨基酸与银胶的不同作用模式及其不同浓度，pH值对吸附状态的影响. 4.莽草酸的FT-IR、FT-Raman光谱及SERS研究 莽草酸为我国盛产，是目前ZLH5N1高致病性禽流感唯yi证实有效的药物“达菲”的合成原料.莽草酸还具有其它许多生物药性如KY、镇痛作用.莽草酸的分子结构为一个羧基和三个羟基取代在环己烯环结构上，本文测得了莽草酸的Raman光谱，推测了各峰位对应的基团扰动;同时考察了莽草酸在银粒子表面的吸附状态，尤其羧基的吸附机理和所受浓度，pH值的影响.为进一步研究莽草酸在新型药物合成、开发及其与底物作用机制等方面提供了十分有益参考. 5.Fmoc-氨基酸的振动光谱 获得了Fmoc-基团与亮氨酸，异亮氨酸，蛋氨酸，苯丙氨酸和缬氨酸五种氨基酸分子复合物的FT-Raman光谱，并对其中各特殊振动峰位进行了归属、指认;由此，推测了Fmoc-基团与五种氨基酸分子的复合物中的各特殊基团的振动模型，尤其对羧基的振动情况进行了归纳.为进一步研究氨基酸及其它生物分子提供参.