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利用电化学表面增强拉曼光谱技术（EC – SERS）检测生物酶

来源：瑞士万通中国有限公司分类：动态 2023-10-18 12:36:37 7阅读次数

拉曼光谱是现代十分重要的分析技术之一，其应用范围非常广泛，可覆盖环境、安检、检验检疫、地质、物理、化学等多个领域。由于其固有的指纹特性，可以识别所研究系统中存在的不同物质。

但是，拉曼光谱技术在实际应用中尚未得到充分利用，主要归因于拉曼信号相对较低。针对此情况，可通过表面增强拉曼散射（SERS）效应提高其使用的有效性。

电化学表面增强拉曼光谱技术

EC-SERS

EC-SERS 结合了电化学和表面增强拉曼光谱的优点，可在溶液中直接进行研究。这种技术允许我们实时观察和了解分子在电化学环境中的行为和反应，对于理解和研究电化学反应的机制和过程有着重要的意义。

本次实验我们将使用 DropSens 品牌的 SPELEC RAMAN 638 仪器（638nm激光）、拉曼探针、丝网印刷电极（SPE）和传统电极的光谱电化学电解池进行测量。

SPELEC RAMAN 638 配置丝网印刷电极与电解池

SPELEC RAMAN 638 配置传统电极与电解池

上述两种方案分别使用银丝网印刷电极（Ag SPE）和传统的银工作电极作为 SERS 基底。

丝网印刷电极的 EC-SERS 效应

乙醛脱氢酶的检测

我们对水溶液中的乙醛脱氢酶（ALDH）进行检测。EC-SERS 方案的优势是电化学测量和光谱检测同时进行。

电化学测量从+0.50V扫描电势以产生银表面的初始氧化，然后将其还原至-0.60V以产生具有 SERS 效应的纳米结构。如此同时，光谱测量随电化学过程同时发生。

循环伏安曲线

-0.50V电势下捕获的 ALDH 最高拉曼信号

这里需要说明，EC-SERS 过程中，拉曼光谱是随电化学过程而变化的。上图截取了 ALDH 的最高拉曼信号，此拉曼图发生在-0.50V电势下。

结果显示，使用 Ag SPE 与拉曼光谱电化学仪器可以实现 EC-SERS 检测，为溶液中乙醛脱氢酶的表征提供了一种快速的方案。

传统电极的 EC-SERS 效应

细胞色素C的检测

常规电极也可用于酶的检测，如细胞色素c的 EC-SERS 检测，其过程与检测 ALDH 方案基本相同。本实验中电位+0.80V扫描到-0.80V，并在-0.70V处得到最高强度的拉曼光谱。

-0.70V电势下捕获的色素细胞c最高拉曼信号

细胞色素c的每个拉曼带的振动分配详见下表

细胞色素c的氧化还原形式可以相互转换，还原型细胞色素c为1604cm^-1为中心的拉曼光谱带，而氧化型细胞色素c则为1636cm^-1为中心的上移拉曼光谱带。根据拉曼光谱和振动分配，该实验证明了检测细胞色素c并确定其氧化态特征的可能性。

结论

电化学拉曼光谱是一种多反应技术，可同时进行电化学测量和光谱检测。该项研究证明了 EC-SERS 的有效性，拉曼强度的增强可以检测溶液中存在的不同分子。

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