生物大分子—半导体纳米粒子复合体系的光谱和光电化学性质

论文摘要

近年来,半导体纳米粒子与生物学的结合应用成为生物和医学领域的研究热点。其中,关于生物大分子一半导体纳米粒子缀合体系的研究,在生物学研究和医学诊断上,及纳米电子器件和生物传感器的研发,均具有指导意义。同时,基于半导体纳米粒子的量子点荧光探针在生物学标记、成像、检测等方面均具有重大的应用前景。本文的工作围绕着生物大分子—半导体纳米粒子缀合体系和半导体纳米粒子荧光探针的研究展开,主要进行了以下两方面的工作:1.以DNA作为模板及保护剂,构建DNA/半导体纳米粒子复合体系,研究DNA对复合体系的光谱和光电化学性质的影响,进一步探讨DNA与半导体纳米粒子之间的相互作用。2.构建不同类型的半导体纳米粒子荧光探针体系,通过光谱方法研究氧化还原蛋白质和半导体纳米粒子之间的相互作用,并细致探讨了影响相互作用的因素。研究取得以下主要结果:1.获得了DNA模板与半导体纳米粒子之间相互作用的荧光和光电信息（1）在DNA/CdS纳米粒子复合体系中,DNA与CdS粒子之间主要通过静电作用结合;DNA骨架对CdS纳米粒子的禁带宽度没有影响;单链和双链DNA作为模板和稳定剂合成的CdS纳米粒子,比焦磷酸钠保护的CdS纳米粒子均具有更高的表面态,表面态对CdS纳米粒子的荧光发射有增强作用,却减弱了光电化学响应;单链DNA复合体系的表面态密度高于双链DNA复合体系。（2）在DNA/ZnS纳米粒子复合体系中,DNA骨架对ZnS的荧光有淬灭作用,且单链DNA的淬灭作用比双链DNA强。2.得到了氧化还原蛋白质和半导体纳米粒子荧光探针之间光诱导电子传递的光谱证据（1）细胞色素C（cyt c）与半导体纳米粒子之间存在静电相互作用,紫外可见光谱显示,光激发下,氧化型细胞色素C中三价铁离子捕捉CdS和ZnS纳米粒子中激发态电子还原为二价铁。细胞色素C的还原削弱了光生电子-空穴对的复合,使CdS和ZnS纳米粒子的荧光均发生显著淬灭,不同保护剂制备的半导体纳米粒子复合体系中,细胞色素C的淬灭行为有所不同:在焦磷酸钠和半胱氨酸保护的半导体纳米粒子体系中,处于纳米粒子/细胞色素C界面上的P2O74-和半胱氨酸分子可能在电子传递过程中起到类似于桥的通道作用;DNA为保护剂的半导体纳米粒子体系中,细胞色素C和纳米粒子间的电子传递作用很小。（2）辣根过氧化物酶（HRP）与半导体纳米粒子间的相互作用主要包含两个方面:一是疏水基团作用,使纳米粒子的荧光增强;二是铁卟啉活性中心与半导体纳米粒子间发生电子转移,使纳米粒子的荧光发生淬灭。但由于HRP表面呈现电中性和分子尺寸较大,电子传递的作用可能很小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 生物大分子—半导体纳米粒子缀合体系的研究进展
• 1.1.1 生物大分子—半导体纳米粒子缀合体系的构筑和表征
• 1.1.2 生物大分子—半导体纳米粒子缀合体系的应用
• 1.2 功能化半导体纳米粒子荧光探针的研究概况
• 1.2.1 功能化半导体纳米粒子荧光探针的制备
• 1.2.2 功能化半导体纳米粒子荧光探针在生物标记,成像和检测中的应用
• 1.3 本论文的设想和目的
• 参考文献
• 第二章 实验
• 2.1 主要试剂
• 2.2 实验条件
• 2.3 实验仪器
• 参考文献
• 第三章 DNA/半导体纳米粒子复合体系的光谱和光电化学性质
• 3.1 前言
• 3.2 DNA/CdS纳米粒子复合体系的制备与表征
• 3.2.1 DNA/CdS纳米粒子复合体系的制备
• 3.2.2 DNA/CdS纳米粒子复合体系的形貌表征
• 3.3 DNA/CdS纳米粒子复合体系的光谱性质
• 3.3.1 紫外—可见吸收光谱
• 3.3.2 荧光光谱
• 3.4 DNA/CdS纳米粒子复合体系的光电化学性质
• 3.4.1 光电流—电位曲线
• 3.4.2 稳态光电流谱
• 3.4.3 暂态光电流响应
• 3.5 DNA/ZnS纳米粒子复合体系的光谱性质
• 3.6 DNA骨架对DNA/半导体纳米粒子复合体系中纳米粒子性质的影响
• 本章小结
• 参考文献
• 第四章 半导体纳米粒子荧光探针与氧化还原蛋白质相互作用的光谱研究
• 4.1 前言
• 4.2 水溶性半导体纳米粒子的制备和表征
• 4.2.1 水溶性半导体纳米粒子的制备
• 4.2.2 半导体纳米粒子的光谱表征
• 4.3 半导体纳米粒子荧光探针在氧化还原蛋白质水溶液中的光谱性质
• 4.3.1 半导体纳米粒子荧光探针在细胞色素C水溶液中的光谱性质
• 4.3.2 半导体纳米粒子荧光探针在辣根过氧化物酶水溶液中的光谱性质
• 4.4 半导体纳米粒子与氧化还原蛋白质问的相互作用
• 本章小结
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢