表面增强拉曼散射(SERS)探针光谱信号灵敏度极高(增强因子可达10~6–10~(14))且具有指纹特征,理论上可同时区分高达10–100个特征拉曼波段,从而能够实现对生物样品的高对比度成像,已被广泛应用于生物成像领域。纤维素纳米晶(CNC)是自然界中最微小的纤维素物理结构单元,其独特棒状形态、超精细模板结构和良好可修饰性使其成为一种理想的构筑一维SERS探Tethered bilayer lipid membranes针的基底。本文以CNC为模板,通过金巯(Au-S)键负载不同尺寸的金纳米颗粒,构筑了不同表面性质和结构的一维有机-无机纳米复合SERS探针,探究了其构建策略、SERS增强效应、分散稳定性、生物相容性和SERS生物成像性能。具体研究内容如下:(1)阳离子型CNC基一维SERS探针的构筑及其分散稳定性和生物相容性。以羧基化纤维素纳米晶(CNC-COOH)为多功能载体,利用C2/C3羟基活性位点引入季铵基团增强电荷排斥作用,同时利用C6羧基活性位点引入巯基基团,并进一步通过Au–S键组装负载Au NPs成功构建了具有一维固定“热点”结构的纳米SERS探针。由于阳离子季铵基团的引入,改性后的CNC的Zeta电位达到+50.3 m V,在VX-661体内实验剂量电荷排斥作用下,SERS探针即使在200 m M的高浓度盐溶液中依然表现出优异的水分散稳定性。以罗丹明6G作为拉曼报告分子,SERS探针可在低至5×10~(-6)g/L浓度下显示可识别特征拉曼信号。与金胶体溶液聚集形成的可变“热点”相比,CNC基SERS探针由于固定“热点”结构的存在,光谱信号稳定性和再现性极大提高。但由于表面正电荷特性,SERS探针呈现较高的细胞毒性未能成功用于细胞成像。(2)核壳型CNC基一维SERS探针的构筑及其细胞成像性能。以磺酸基纤维素纳米晶(CNC-SO_3H)为多功能载体,连续通过Na IO_4氧化和席夫碱反应在C2/C3位点引NSC 125973入巯基官能团,利用Au–S键组装负载Au NPs构建了一维“热点”结构,并进一步在其表面修饰Si O_2保护壳层提高SERS探针的生物相容性。由于在CNC-SH@Au NPs表面包覆了二氧化硅层,能够避免探针之间因发生相互作用而出现的团聚现象。结果表明,Si O_2@CNC-SH@Au NPs即使在0.1 M高浓PBS环境下放置长时间的吸收光谱未出现变化。用4-巯基苯甲酸作为拉曼信号分子,在10~(-6)M低浓度的条件下也能产生增强的拉曼信号,在0.1 M PBS溶液中随时间变化的SERS光谱也稳定不变。惰性的二氧化硅壳层可将CNC-SH@Au NPs与外源性物质隔绝,提高探针的稳定性和生物相容性,减少了纳米粒子之间与外界环境的之间的干扰,防止了拉曼报告分子解吸附。将合成核壳结构的SERS探针用于He La细胞中,在1580 cm~(-1)通道中成功实现了活细胞中的SERS成像。(3)聚乙二醇接枝型CNC基一维SERS探针的构筑及细胞成像性能。以磺酸基纤维素纳米晶(CNC-SO_3H)为多功能载体,连续通过Na IO_4氧化和席夫碱反应在C2/C3羟基活性位点选择性引入聚乙二醇(PEG)和巯基基团,利用Au-S键组装负载Au NPs构建一维“热点”结构,并进一步在其表面修饰甲氧基聚乙二醇巯基(m PEG-SH)提高SERS探针的稳定性和生物相容性。实验结果表明,由于PEG的修饰,CNC-PEG-SH在400 m M的Na Cl溶液中能表现出优异的分散性。以4-巯基苯甲酸作为拉曼信号分子,在10~(-6)M浓度下依然能显示特征的拉曼信号峰,并且在0.1 M PBS中随时间变化的SERS信号表现出良好的灵敏度和信号重复性。进一步在CNC-PEG-SH@Au NPs表面引入m PEG-SH,其细胞毒性相较于未修饰前显著降低,细胞活力维持在高达87%以上。m PEG-SH能有效置换金纳米颗粒的表面活性剂,探针的生物相容性得到改善。将合成的SERS探针用于He La细胞中,成功实现1075 cm~(-1)和1580 cm~(-1)双通道细胞SERS成像。