本文關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體納米材料的合成及其在光電生物傳感器中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：關(guān)于藥物分子、蛋白質(zhì)、DNA、糖、病毒、細胞等的選擇性定量檢測方法的研究和相應(yīng)生物傳感器的構(gòu)建是生命分析和臨床檢測中的重要問題。本論文主要研究了以核酸分子和核酸適配體作為識別分子及光電化學(xué)分析作為檢測手段的功能核酸光電化學(xué)傳感器。具有生物識別功能的核酸適配體有自身的優(yōu)勢,如對目標(biāo)物具有良好親和力、特異性高、檢測體系穩(wěn)定性強、變性復(fù)性快速可逆、化學(xué)合成簡單、功能化修飾過程簡便和易標(biāo)記等,是生物傳感器的理想識別元件,理論上可以篩選出所有物質(zhì)的適配體。相對而言,由于酶或抗體種類的不充分,導(dǎo)致酶傳感器或者免疫傳感器研究受到限制,而且這類傳感器易于變性、易受環(huán)境的干擾,阻礙了其應(yīng)用發(fā)展。光電化學(xué)檢測技術(shù)利用半導(dǎo)體材料的光電特性可以產(chǎn)生光生電子空穴對,從而形成光電流進行檢測,該技術(shù)能更靈敏地檢測與該電流相關(guān)的生化反應(yīng)中待測物的濃度。這種檢測方法具有相對獨立的激發(fā)和檢測部分,能顯著減少實際檢測過程中的干擾因素,大幅度地降低背景信號,在分析的靈敏度和特異性方面極具優(yōu)勢,具有廣闊的發(fā)展前景。 本論文的研究目的是構(gòu)建具有高穩(wěn)定性的寬禁帶、可見光吸收效率高的光電化學(xué)傳感器,以DAN分子和適配體識別元件實現(xiàn)對目標(biāo)物的特異性檢測,探索研究新型的3D半導(dǎo)體納米材料界面的制備和開發(fā)新型的光電化學(xué)傳感器。與傳統(tǒng)的電化學(xué)、光學(xué)分析方法相結(jié)合,構(gòu)建檢測核酸、小分子的新型光電化學(xué)傳感器。從三維角度增大電極的比表面積以提高傳感器的靈敏度,使生物傳感器的應(yīng)用范圍得到延伸,促進光電生物傳感器的發(fā)展。 本論文分為兩部分：第一部分綜述部分；第二部分研究報告部分。 第一章引言綜述了該論文的相關(guān)知識背景及其研究進展。首先簡要介紹了納米材料的概念、特點和DNA連接到納米材料界面的修飾方法以及納米技術(shù)的應(yīng)用,同時介紹了染料敏化半導(dǎo)體納米材料的原理及其在太陽能電池上的應(yīng)用,并介紹了傳感器的分類,總結(jié)了光電生物傳感器的研究進展,最后提出了本論文的研究內(nèi)容和研究目的。 第二章主要制備了多種納米半導(dǎo)體材料,并將其功能化構(gòu)建HRP-H2O2傳感器。構(gòu)建了TiO2、ZnO、SiO2等多種具有比表面積大、光穩(wěn)定性高的寬帶隙半導(dǎo)體的3D界面。其中TiO2分別采用陽極氧化法制備納米管,在加熱攪拌下鈦酸異丙酯、纖維素、碳粉混合合成納米氧化鈦顆粒,利用靜電吸附作用在納米氧化鈦材料表面吸附納米CdS制備合成TiO2-CdS復(fù)合材料。納米ZnO的合成是在控溫條件下,利用Zn(NO3)2-6H2O、六亞甲基四胺溶液在FTO表面生長ZnO納米棒。另外,采用拉膜法制備ZnO晶種基片,通過水熱法可獲得取向性更好的ZnO納米棒。SiO2納米棒則采用電子束蒸發(fā)的方式在金片表面得到均勻分布的納米棒陣列。借助XRD、SEM等手段對納米材料的形貌特征進行表征。這些三維材料具有一維納米材料無法比擬的優(yōu)點,用化學(xué)法制備的具3D結(jié)構(gòu)的納米材料比表面積增大很多,通過控制實驗條件我們能獲得形貌良好的材料。我們制備了酶生物傳感器,以HRP為分子識別物質(zhì),H2O2為目標(biāo)物質(zhì),基于酶催化反應(yīng)的原理進行檢測。首先將HRP用戊二醛交聯(lián)的方法修飾到納米材料ZnO表面,HRP和H2O2進行反應(yīng),引起電流發(fā)生改變,從而對HRP-H2O2體系過程電子傳遞進行檢測。與采用物理吸附方法構(gòu)建的酶傳感器相比,該傳感器靈敏度高、選擇性好。 第三章利用染料對半導(dǎo)體納米材料的敏化特性,構(gòu)建一種基于雙鏈核酸雜交的光電化學(xué)傳感器,建立了高靈敏度的、具有良好穩(wěn)定性的核酸的分析方法。染料的選擇是按照不同染料對納米材料的敏化后光電流信號的增強與否來進行的。首先,我們以TiO2為光電極,將帶有氨基基團的DNA鏈修飾到電極表面,并引入染料增敏來檢測光電流信號,根據(jù)光電流的增大或者減小來選擇合適的染料。我們以染料Ru(bpy)2dppz2+為信號物質(zhì),ps2m.c核酸鏈為目標(biāo)物質(zhì)進行檢測。利用戊二醛交聯(lián)法將ps2鏈固定到納米材料電極表面,之后將具有四面體結(jié)構(gòu)的TET鏈和ps2m.c鏈同時加入,形成穩(wěn)定的雙鏈體系�；谌玖蟁u(bpy)2dppz2+可以嵌入雙鏈DNA這一性質(zhì),我們使該染料與電極表面的DNA相互作用,并利用四面體結(jié)構(gòu)的放大作用,可以檢測到作用前后有很明顯的光電流變化。光電流信號與目標(biāo)鏈的濃度在0.1～1μM范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。該傳感器對目標(biāo)鏈檢測具有良好的選擇性,傳感器穩(wěn)定性好,有望為生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)監(jiān)測、環(huán)境體系中核酸的檢測提供一個具有潛力的策略。 第四章基于G-四鏈體結(jié)構(gòu)發(fā)展一種非標(biāo)記型光電化學(xué)生物傳感器。我們考察N摻雜TiO2這一半導(dǎo)體納米材料,研究K+對納米材料光電信號的影響。鑒于當(dāng)前K+檢測方法靈敏度不高的缺點,我們設(shè)計了一種基于核酸適配體的納米半導(dǎo)體光電化學(xué)生物傳感器。我們以G四鏈體為分子識別物質(zhì),K+為目標(biāo)物質(zhì),基于K+存在時候DNA鏈構(gòu)象會發(fā)生改變這一特點,對K+進行檢測。首先,將N元素摻雜的TiO2納米顆粒涂覆在導(dǎo)電玻璃表面,再將DNA通過戊二醛法連接到納米界面上。在K+存在的時候,電極表面的DNA鏈會發(fā)生構(gòu)象改變,形成G四鏈體結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)可以識別Hemin分子。因Hemin具有吸電子性質(zhì),從而使電極表面電子傳遞改變,通過檢測這種變化可以得知溶液中K+的濃度。該傳感器檢測體系中Na+為140mM時,仍然有良好的K+響應(yīng),可檢測低至0.1μM的K+。該方法操作簡便,靈敏度較高,在高鈉的條件下對K+具有良好的選擇性,是一種能有效檢測K+的新方法。 本論文以制備三維納米材料為出發(fā)點,用多種方法制備合成了幾種三維納米材料,并借助熱場掃描發(fā)射電子顯微鏡(SEM)和X射線粉末衍射(XRD)等方法來表征材料的形貌和性質(zhì)。通過對高穩(wěn)定性的寬禁帶半導(dǎo)體納米材料的敏化,增加對可見光的有效吸收。利用三維納米材料具有比表面積大的優(yōu)點,分別以酶(辣根過氧化物酶)、DNA(ps2m)、適配體(G-四鏈體)作為分析識別分子,以循環(huán)伏安、交流阻抗和計時電位為檢測技術(shù)來靈敏檢測相應(yīng)的靶分子。本工作不僅為光電化學(xué)生物傳感器的設(shè)計提供了新的思路,而且還為臨床疾病的早期診斷提供了極具潛力的分析方法。
【關(guān)鍵詞】：光電化學(xué)傳感器 功能核酸 半導(dǎo)體納米材料
【學(xué)位授予單位】：陜西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：O657.1;TP212
【目錄】：

• 摘要3-6
• Abstract6-12
• 第1章 引言12-30
• 1.1 納米半導(dǎo)體材料的概述13-15
• 1.1.1 納米半導(dǎo)體材料的簡介13-14
• 1.1.2 納米半導(dǎo)體材料的研究進展14-15
• 1.2 光電生物傳感器15-27
• 1.2.1 光電生物傳感器的概述15-17
• 1.2.2 光電生物傳感器的研究進展17-27
• 1.3 本論文的研究內(nèi)容和意義27-30
• 第2章 多種納米半導(dǎo)體材料的合成及其功能化研究30-40
• 2.1 引言30-31
• 2.2 實驗部分31-33
• 2.2.1 試劑與儀器31
• 2.2.2 ZnO納米材料的制備31-32
• 2.2.3 SiO_2納米材料的制備32
• 2.2.4 TiO_2納米材料的制備32
• 2.2.5 TiO_2-CdS納米材料的制備32-33
• 2.2.6 納米ZnO電極的修飾及活化33
• 2.3 結(jié)果與討論33-38
• 2.3.1 六種納米材料的表征33-37
• 2.3.2 納米材料的功能化37-38
• 2.4 小結(jié)38-40
• 第3章 基于雙鏈核酸適體和TiO_2納米組裝的光電生物傳感器檢測ps2m.c核酸鏈40-56
• 3.1 引言40
• 3.2 實驗部分40-43
• 3.2.1 試劑和儀器40-42
• 3.2.2 適體傳感器的構(gòu)建42
• 3.2.3 互補鏈的雜交42
• 3.2.4 納米電極的活化42
• 3.2.5 光電化學(xué)檢測42-43
• 3.3 結(jié)果和討論43-54
• 3.3.1 染料對TiO_2納米材料的敏化效果對比43-48
• 3.3.2 釕配合物對兩種納米材料電極的敏化對比48-49
• 3.3.3 基于納米材料修飾的光電生物傳感器的構(gòu)建原理49-51
• 3.3.4 化學(xué)組裝納米生物傳感器步驟的表征51
• 3.3.5 實驗條件的優(yōu)化51-53
• 3.3.6 對pS2m.c鏈的檢測53
• 3.3.7 光電生物傳感器的線性53-54
• 3.4 小結(jié)54-56
• 第4章 N元素摻雜的TiO_2納米組裝光電生物傳感器檢測K~+56-66
• 4.1 引言56-57
• 4.2 實驗部分57-58
• 4.2.1 試劑和儀器57-58
• 4.2.2 N摻雜的TiO_2 NPs的制備58
• 4.2.3 光電生物傳感器的制備58
• 4.2.4 光電化學(xué)檢測58
• 4.3 結(jié)果與討論58-64
• 4.3.1 N摻雜的TiO_2 NPs的表征58-60
• 4.3.2 光電生物傳感器的表征60-61
• 4.3.3 實驗條件的選擇61-62
• 4.3.4 光電生物傳感器的性能62-63
• 4.3.5 光電生物傳感器的特異性63-64
• 4.4 小結(jié)64-66
• 結(jié)論66-68
• 參考文獻68-76
• 致謝76-78
• 攻讀碩士研究生期間的研究成果78

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊宏訓(xùn);黃妙良;韓鵬;姜奇?zhèn)?吳子豹;吳季懷;;染料敏化太陽能電池研究進展[J];材料導(dǎo)報;2006年09期

2 葉奶義;;聚醚多元醇中鉀離子的快速測定方法[J];福建化工;2005年05期

3 王t熈，

本文編號：373774