【摘要】：斜入射光反射差(Oblique-incidence reflectivity difference,簡寫OIRD)技術(shù)是通過檢測橢圓偏振反射光中s/p成分的變化,對各種表面變化和表面過程進行實時無損探測的一種光學(xué)技術(shù)。近十年來OIRD技術(shù)生物化學(xué)分析領(lǐng)域如免疫檢測、生物芯片和生物分子相互作用研究等方面展示了巨大的應(yīng)用潛力,具有無需標(biāo)記、實時在線、高通量檢測和適用于各種基底等突出優(yōu)點。然而,目前的研究表明:OIRD技術(shù)生化檢測時靈敏度較低,嚴(yán)重限制了其實際應(yīng)用。為了拓展OIRD技術(shù)在固/液界面過程研究中的應(yīng)用,提高其生化分析檢測靈敏度,本論文圍繞固體表面結(jié)構(gòu)展開研究工作,通過不同聚合物薄膜修飾、調(diào)控表面結(jié)構(gòu),研究其對OIRD檢測信號的影響;揭示了固體表面結(jié)構(gòu)對OIRD檢測靈敏度的巨大影響,在此基礎(chǔ)上建立了一種通用的界面修飾方法,提高了OIRD技術(shù)的靈敏度,并在微陣列芯片檢測、電活性薄膜分析等方面展示了其應(yīng)用。具體工作如下:(1)以微陣列免疫芯片為對象,利用聚多巴胺(PDA)薄膜作為通用修飾層固定生物探針分子,構(gòu)建免疫芯片,發(fā)展了探針固定密度一定而修飾層厚度可調(diào)的芯片構(gòu)建方法,為定量研究聚合物厚度對OIRD檢測信號創(chuàng)造條件。首先在標(biāo)準(zhǔn)玻片基底上生長了一系列不同厚度的PDA薄膜。然后通過接觸式點樣法在PDA薄膜修飾的基底表面點制熒光蛋白分子微陣列,利用熒光檢測技術(shù)對點樣緩沖溶液成分進行優(yōu)化。優(yōu)化后得到的PDA微陣列免疫芯片探針固定密度均勻、一致性好。(2)采用上述微陣列免疫芯片檢測目標(biāo)物,定量研究了聚合物修飾層厚度對OIRD檢測信號的影響,揭示了厚度對檢測信號的影響規(guī)律,在此基礎(chǔ)上發(fā)展了高靈敏OIRD芯片。結(jié)果表明:聚合物修飾層厚度會對OIRD的檢測信號產(chǎn)生巨大的影響。對同一濃度目標(biāo)物,OIRD的檢測信號會隨著PDA修飾層厚度值變化。當(dāng)PDA薄膜厚度從0增加到90.15 nm時,OIRD的檢測信號會慢慢增加,但是從90.15增加到112.34 nm時,OIRD檢測信號會降低,即90.15 nm的PDA微陣列免疫芯片具有最強的檢測信號。而在這一最優(yōu)微陣列免疫芯片上,對目標(biāo)物anti-ZEN單克隆抗體進行檢測,成功地檢測到了線性范圍在5.0-1000 ng mL~(-1)的anti-ZEN單克隆抗體,檢測限為5.0 ng mL~(-1)。其靈敏度遠優(yōu)于厚度為24.55 nm的PDA微陣列免疫芯片(檢測限為100 ng mL~(-1))和傳統(tǒng)的GPTS免疫芯片(檢測限500 ng mL~(-1))。(3)根據(jù)上述實驗結(jié)果,建立了OIRD光學(xué)模型,并計算出了固/液界面上OIRD靈敏度(即檢測信號)與聚合物修飾層厚度的數(shù)學(xué)關(guān)系式。理論計算顯示:聚合物膜是作為一種光學(xué)干涉層可以增強光-物質(zhì)的相互作用以提高OIRD靈敏度,并與膜厚度成周期性關(guān)系。建立了適用于本實驗的光學(xué)四層模型,得出了由捕獲的目標(biāo)分子引起的OIRD檢測靈敏度與聚合物厚度值的關(guān)系表達式。同樣的,根據(jù)表達式模擬出的厚度-檢測信號曲線圖像,進一步證實了聚合物厚度會引起OIRD靈敏度變化的類似結(jié)論,并且理論計算出的OIRD最強靈敏度所對應(yīng)聚合物厚度值也是在95 nm左右,和實驗結(jié)果吻合。(4)在此基礎(chǔ)上,通過對導(dǎo)電聚合物聚苯胺(PANI)薄膜厚度的調(diào)控,成功利用OIRD技術(shù)對聚苯胺薄膜的電化學(xué)可調(diào)性進行了研究,進一步展示了聚合物界面結(jié)構(gòu)對OIRD檢測靈敏度的影響。研究表明,在合適的PANI厚度下,OIRD技術(shù)可以對PANI電化學(xué)可調(diào)性進行空間分辨成像;基于此又利用過氧化氫對PANI膜氧化態(tài)的改變,構(gòu)建了一種過氧化氫傳感器,初步結(jié)果表明:這一技術(shù)能對過氧化氫進行高時空分辨檢測。本論文較系統(tǒng)研究了聚合物修飾表面上OIRD檢測信號規(guī)律,開發(fā)了適用于OIRD技術(shù)的高性能生物芯片,展示了OIRD技術(shù)在固/液界面過程檢測方面的應(yīng)用,可望為固/液界面上OIRD檢測的光學(xué)機制提供了新的認(rèn)識,促進OIRD技術(shù)在不同領(lǐng)域的實際應(yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O435.1;O657.3;TB302.5
【圖文】：

圖 1.1 用于微陣列芯片檢測的 OIRD 示意圖Fig. 1.1 Schematic illustration of OIRD for microarray detection.OIRD 技術(shù)的基本原理和傳統(tǒng)的偏振調(diào)制型橢偏儀相似，但由于 OIRD 技術(shù)引入了用于背底噪聲調(diào)零的裝置[14]（相移器、偏振分析器），相比于傳統(tǒng)的偏振調(diào)制型橢偏儀，OIRD 技術(shù)擁有更高的靈敏度[15]。OIRD 技術(shù)的基本原理是通過測量斜

圖 1.2 OIRD 裝置及軟件系統(tǒng)：光路系統(tǒng)（a），數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（b），LabView 程序（c）和二掃描系統(tǒng)（d）Fig. 1.2 OIRD equipment and software system: optical path system (a), data recording system (b)LabView program (c) and two-dimensional scanning system (d).

圖 1.3 制備 POEGMA-co-GMA 聚合物玻片的示意圖[41]Fig. 1.3 Schematic illustration of synthesis procedure of POEGMA-co-GMA brush[41前，使用較多的微陣列芯片的基底材料有玻片、金片、硅片、塑料其中在微陣列芯片領(lǐng)域中使用最廣泛的基底是玻片，主要是因為玻殊的優(yōu)點，如價格便宜、物理及化學(xué)性質(zhì)相比其它材料更穩(wěn)定，同

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本文編號：2787406