基于介电泳的SiO2纳米线型结构自组装及其性质研究

论文摘要

近年来,纳米线在生物物质和化学小分子检测、生物传感等领域扮演着重要的角色,因此,纳米线越来越多的受到人们的关注,国内外很多研究小组相继展开了关于纳米线的研究工作。本研究小组通过对介电泳操控技术的深入研究,成功实现了在微电极上精确可控自组装SiO2纳米线型结构。但是,该方法在生物传感领域应用方面存在一定的局限性,通过在微流控芯片中精确可控自组装SiO2纳米线型结构对于开展SiO2纳米线结构的生化传感应用研究具有非常重要的意义。因此,本论文开展了在微流控芯片体系中SiO2纳米线性结构自组装的研究,通过对环境和电场条件的严格控制,实现了微流控芯片内纳米线型结构精确可控和可逆的自组装,并对自组装的纳米线型结构在不同分散介质中的稳定性以及在不同溶液环境中该结构的阻抗性质进行了考察。本论文的主要工作包括以下两个方面:1、基于介电泳的微流控芯片体系内SiO2纳米颗粒自组装行为研究在本研究小组已经实现在微电极上精确可控自组装SiO2纳米线型结构的基础上,开展了在微流控芯片体系中SiO2纳米线型结构自组装的研究工作。该研究以磷酸基团修饰的SiO2荧光纳米颗粒为材料,通过对环境和电场等影响因素的考察,成功地在微流控芯片体系中实现了可控自组装SiO2纳米线型结构。其中考察的因素包括微流体流速、交流电频率和电压以及SiO2纳米颗粒的分散介质。该研究改进了应用介电泳技术在微电极上精确可控自组装SiO2纳米线型结构方法,进一步在微流控芯片体系中实现了SiO2纳米线型结构的自组装,使其有望实现在生物传感领域上的应用。2、基于介电泳自组装的SiO2纳米线型结构性质研究在上一章研究的基础上,对微流控芯片体系内采用介电泳技术自组装形成的SiO2纳米线型结构的性质进行了进一步研究。该研究主要考察自组装纳米线型结构在溶液中的稳定性及阻抗性质,考察的因素包括溶液中的离子种类、离子强度及溶液的pH值。在离子种类因素的考察中,对SiO2纳米线性结构分别在NaCl溶液和水中的稳定性及阻抗性质进行了研究,结果显示该线型结构可以在NaCl溶液中稳定存在并且其阻抗值与在水中相比无明显变化。再以NaCl溶液作为对照组,分别考察了在KCl、MgCl2及PBS三种溶液中纳米线型结构的性质变化,结果显示该纳米线型结构同样可以稳定的存在多种离子溶液中并基本上保持其性质不变。而在离子强度因素的考察中,配制了一系列不同离子强度的NaCl溶液,研究发现该线性结构可以稳定的存在于一定的离子强度范围,过高的离子强度会破坏其结构。对于溶液pH值因素影响而言,该线型结构阻抗值随pH的增大而增大,表现出良好的pH响应性。这些研究结果为SiO2纳米线型结构的后续应用打下了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米线的概述
• 1.2.1 纳米线的特性
• 1.2.2 纳米线的分类
• 1.3 纳米线的组装及其在分析检测中的应用
• 1.3.1 纳米线组装方法简介
• 1.3.2 纳米线用于生物物质以及化学离子的检测
• 1.4 介电泳技术用于纳米材料操控的研究现状和发展趋势
• 1.4.1 介电泳技术简介
• 1.4.2 介电泳技术应用于纳米材料操控研究
• 1.5 本论文构思
• 2 纳米颗粒自组装行为研究'>第2章 基于介电泳的微流控芯片体系内SiO₂纳米颗粒自组装行为研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂和仪器
• 2.2.2 实验方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 微流控芯片体系的搭建
• 2 硅纳米颗粒的尺寸和表面ζ电势的表征'>2.3.2 SiO₂硅纳米颗粒的尺寸和表面ζ电势的表征
• 2 荧光纳米颗粒介电泳自组装行为的影响'>2.3.3 流体流速对SiO₂荧光纳米颗粒介电泳自组装行为的影响
• 2 荧光纳米颗粒介电泳自组装行为的影响'>2.3.4 电场条件对SiO₂荧光纳米颗粒介电泳自组装行为的影响
• 2 纳米线型结构的介电泳自组装'>2.3.5 微流控芯片体系中SiO₂纳米线型结构的介电泳自组装
• 2 纳米线型结构组装的可控及可逆性考察'>2.3.6 微流控芯片体系中SiO₂纳米线型结构组装的可控及可逆性考察
• 2 纳米颗粒在不同分散介质中的介电泳自组装行为研究'>2.3.7 微流控芯片体系中 SiO₂纳米颗粒在不同分散介质中的介电泳自组装行为研究
• 2.4 小结
• 2 纳米线型结构性质研究'>第3章 基于介电泳自组装的SiO₂纳米线型结构性质研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 仪器和试剂
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 2 纳米线型结构形貌与阻抗的影响'>3.3.1 不同离子的溶液对微流控体系中自组装 SiO₂纳米线型结构形貌与阻抗的影响
• 2 纳米线型结构阻抗的考察'>3.3.2 不同离子强度溶液对微流控体系中自组装 SiO₂纳米线型结构阻抗的考察
• 2 纳米线型结构阻抗的影响'>3.3.3 溶液pH 值对微流控体系中自组装SiO₂纳米线型结构阻抗的影响
• 3.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录