玻璃納米孔制備及傳感研究
發(fā)布時間：2021-01-22 22:34
生物體細胞膜上存在著各種類型的跨膜孔道和離子通道,它們的尺寸大多在1-100nm。這些孔道在各種生命活動中發(fā)揮著重要作用,例如維持細胞滲透平衡和穩(wěn)定細胞體積等。受這種自然現(xiàn)象的啟發(fā),基于生物納米孔/通道蛋白和人工固態(tài)納米孔,科學家們近期開發(fā)了各種納米孔檢測技術,用于單分子水平的靈敏生化檢測。固態(tài)納米孔相比于生物納米孔,具有穩(wěn)定的物理、化學性質,并且易于修飾,能夠制備得到多種尺寸等優(yōu)點。最近,科學家們利用玻璃納米孔限域效應將其應用于單細胞的生命活動檢測。本論文利用尺寸可控的玻璃納米孔作為傳感平臺,通過粒子與納米孔管口的碰撞,研究分析了單個納米粒子的表面電荷情況;探究了多臂DNA分子組裝體的穿孔行為;以及制備了表面特殊化學修飾的功能化納米孔傳感界面,成功用于區(qū)分不同種類和長度的短鏈核苷酸的堿基。具體內容如下:（1）我們利用尺寸在83.5±6.5 nm單分散的Au@SiO2納米粒子與40nm左右的玻璃納米孔在管口發(fā)生碰撞,通過其脈沖信號的響應差異,分析研究了粒子表面的正/負電荷狀態(tài),有效地區(qū)分了粒子的三種不同的電荷狀態(tài)。當納米粒子接近管口并發(fā)生碰撞時,離子電流會發(fā)生劇烈變化,并且電流幅度和施...
【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：120 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１－１低能離子束制備納米孔
?第１章文獻綜述???ｋｅＶｎｍ人通常情況下，輻照是使用重離子，如１９７Ａｕ，ｍＰｂ，和２３８Ｕ，產生較??為明顯和持續(xù)的損傷。在這些高能狀態(tài)下，形成離子軌道的主要過程是電子能??量損失。離子在固體中產生沿著軌道徑向各向同性的圓柱形損傷。在聚合物中，??高速重離子造成的損害包括自由基、不飽和鍵、小的有機碎片的非晶化和氣化，??導致沿軌道的物質密度降低［１４“７］。??（ａ）?＿??ｇ＇Ｙ?ｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ＴＴ一１??：??ａｐｅｒｔｕｒｅ??ｓｉｎ＾ａｃｋ?ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ?ｄｅｔｏｏｔ＾ｎｇ??＇＇、＇ｒ＾ｗ＞ｖ？１＾ｐｉｎｇ?界?ＨＨＵＵＵ?口＿口＿口｜｜??圖１－２高能離子束用于納米孔的制備。（ａ）離子徑跡蝕刻技術制備納米孔??示意圖；（ｂ）從單徑跡到重疊徑跡的不同離子流。（ｃ）ＧＳＩ亥姆霍茲中心的??單離子輻照裝置，包括離焦線性離子加速器、樣品堆前的孔徑和后面的探測??器。??離子的射程是高能離子制備納米孔的關鍵，它是離子在停止前能夠移動的??距離，由它們的初始動能Ｅ〇和能量損失ｄＥ／ｄＸ決定。例如，對于比動能為１１．４??ＭｅＶｕ＿１的金離子，聚碳酸酯（ＰＣ）的預測范圍是￣１５０ｐｍ。??Ｒ＝＼Ｆ－＜＾＼＇ｄＥ??Ｊｏ?＾ｄＸ）??由于這個較大的范圍，這個體系可以輻照１０片１２ｐｍ厚的箔或者４片３０ｐｍ??厚的箔堆。對于樣品輻照，離子束通常以５ｃｍｘ５ｃｍ的區(qū)域得到均勻照明的方??４??
?第１章文獻綜述???當孔徑低于８０ｎｍ，施加１０５到１０７倍強度的電子束時，孔隙會收縮，而當直徑??大于８０ｎｍ時，孔隙反而會擴大［２１］。??（ａ）?確的抑?＇?（ｃ）?＇＊??ｉｓｊ??ｒｍｍ＊＊ｓｉ〇ｊ?Ｉ?，〇?、ｓ＇ｓｓ＾??＂?ＳｉＯｊ＾ｉＮ／ＳｉＯ?ｇ?，ｕ?：??５?＼?—??＼５??＾?ＨＩＶ?Ｊ?‘９０?…，ｃｎ??Ｈｍ?Ｂ?Ｂ?Ｂ??＿．．．．．．ｗ丨圓圓■■??圖１－３電子束技術用于納米孔的制備。（ａ）利用電子束制備納米孔示意圖。??（ｂ）用電子束制備的納米孔透射電子顯微鏡圖片［２４］。（ｃ）電子束技術制備??氮化硅納米孔的不同步驟。納米孔的平均直徑和輻照時間的關系。Ｉ，初始??孔形成后迅速生長；ＩＩ，增大或收縮（與電子束強度有關）；ＩＩＩ，進一步增??大，這個區(qū)域納米孔難以收縮。（ｄ）不同步驟產生的納米孔的ＴＥＭ圖像。標??尺為５ｎｍ。??除了用離子源或電子源打孔外，還有一些制備納米孔洞的方法。其中兩種??是制備玻璃納米孔的基本方法。早在幾十年前，由于基于玻璃管的微納電極能??夠研究不同離子的界面電子輸運現(xiàn)象［２５］，分析化學、電化學和生命科學領域早??已應用這種電極開展電分析化學研宄。此外，玻璃管還可用作掃描探針顯微鏡??的探針，也就是掃描離子電導顯微鏡（ＳＩＣＭ）［２６＿２９］。玻璃納米管的制備過程包括??以下幾個步驟：首先使用激光拉制裝置，然后通過微鍛造（激光）熔化尖端，一次??拉制形成兩個尖端直徑可達１０ｎｍ的玻璃納米管。這個過程可以簡單地將商業(yè)??玻璃毛細微米管轉變?yōu)椴ＡЪ{米管。盡管大多數(shù)材質的傳統(tǒng)玻璃微米管都可以??用來制備納米管，但由于石英具有高硬度、低噪音、
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Glass capillary nanopore for single molecule detection[J]. SHA JingJie,SI Wei,XU Wei,ZOU YiRen,CHEN YunFei. Science China（Technological Sciences）. 2015(05)
本文編號：2994023
【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：120 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１－１低能離子束制備納米孔
?第１章文獻綜述???ｋｅＶｎｍ人通常情況下，輻照是使用重離子，如１９７Ａｕ，ｍＰｂ，和２３８Ｕ，產生較??為明顯和持續(xù)的損傷。在這些高能狀態(tài)下，形成離子軌道的主要過程是電子能??量損失。離子在固體中產生沿著軌道徑向各向同性的圓柱形損傷。在聚合物中，??高速重離子造成的損害包括自由基、不飽和鍵、小的有機碎片的非晶化和氣化，??導致沿軌道的物質密度降低［１４“７］。??（ａ）?＿??ｇ＇Ｙ?ｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ＴＴ一１??：??ａｐｅｒｔｕｒｅ??ｓｉｎ＾ａｃｋ?ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ?ｄｅｔｏｏｔ＾ｎｇ??＇＇、＇ｒ＾ｗ＞ｖ？１＾ｐｉｎｇ?界?ＨＨＵＵＵ?口＿口＿口｜｜??圖１－２高能離子束用于納米孔的制備。（ａ）離子徑跡蝕刻技術制備納米孔??示意圖；（ｂ）從單徑跡到重疊徑跡的不同離子流。（ｃ）ＧＳＩ亥姆霍茲中心的??單離子輻照裝置，包括離焦線性離子加速器、樣品堆前的孔徑和后面的探測??器。??離子的射程是高能離子制備納米孔的關鍵，它是離子在停止前能夠移動的??距離，由它們的初始動能Ｅ〇和能量損失ｄＥ／ｄＸ決定。例如，對于比動能為１１．４??ＭｅＶｕ＿１的金離子，聚碳酸酯（ＰＣ）的預測范圍是￣１５０ｐｍ。??Ｒ＝＼Ｆ－＜＾＼＇ｄＥ??Ｊｏ?＾ｄＸ）??由于這個較大的范圍，這個體系可以輻照１０片１２ｐｍ厚的箔或者４片３０ｐｍ??厚的箔堆。對于樣品輻照，離子束通常以５ｃｍｘ５ｃｍ的區(qū)域得到均勻照明的方??４??
?第１章文獻綜述???當孔徑低于８０ｎｍ，施加１０５到１０７倍強度的電子束時，孔隙會收縮，而當直徑??大于８０ｎｍ時，孔隙反而會擴大［２１］。??（ａ）?確的抑?＇?（ｃ）?＇＊??ｉｓｊ??ｒｍｍ＊＊ｓｉ〇ｊ?Ｉ?，〇?、ｓ＇ｓｓ＾??＂?ＳｉＯｊ＾ｉＮ／ＳｉＯ?ｇ?，ｕ?：??５?＼?—??＼５??＾?ＨＩＶ?Ｊ?‘９０?…，ｃｎ??Ｈｍ?Ｂ?Ｂ?Ｂ??＿．．．．．．ｗ丨圓圓■■??圖１－３電子束技術用于納米孔的制備。（ａ）利用電子束制備納米孔示意圖。??（ｂ）用電子束制備的納米孔透射電子顯微鏡圖片［２４］。（ｃ）電子束技術制備??氮化硅納米孔的不同步驟。納米孔的平均直徑和輻照時間的關系。Ｉ，初始??孔形成后迅速生長；ＩＩ，增大或收縮（與電子束強度有關）；ＩＩＩ，進一步增??大，這個區(qū)域納米孔難以收縮。（ｄ）不同步驟產生的納米孔的ＴＥＭ圖像。標??尺為５ｎｍ。??除了用離子源或電子源打孔外，還有一些制備納米孔洞的方法。其中兩種??是制備玻璃納米孔的基本方法。早在幾十年前，由于基于玻璃管的微納電極能??夠研究不同離子的界面電子輸運現(xiàn)象［２５］，分析化學、電化學和生命科學領域早??已應用這種電極開展電分析化學研宄。此外，玻璃管還可用作掃描探針顯微鏡??的探針，也就是掃描離子電導顯微鏡（ＳＩＣＭ）［２６＿２９］。玻璃納米管的制備過程包括??以下幾個步驟：首先使用激光拉制裝置，然后通過微鍛造（激光）熔化尖端，一次??拉制形成兩個尖端直徑可達１０ｎｍ的玻璃納米管。這個過程可以簡單地將商業(yè)??玻璃毛細微米管轉變?yōu)椴ＡЪ{米管。盡管大多數(shù)材質的傳統(tǒng)玻璃微米管都可以??用來制備納米管，但由于石英具有高硬度、低噪音、
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Glass capillary nanopore for single molecule detection[J]. SHA JingJie,SI Wei,XU Wei,ZOU YiRen,CHEN YunFei. Science China（Technological Sciences）. 2015(05)
本文編號：2994023
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