自组装酶纳米结构传感器的制备及应用

论文摘要

纳米技术通过在1~100 nm这一尺度范围内操控材料,使其表现出异于其宏观状态的现象和相关性能,从而为我们提供了创造功能化的优良材料、器件和体系的方法和工具。产生至今,因其包含众多学科的相关知识,各个领域的研究者争相对其进行研究,已经成为21世纪的热门研究课题之一。在纳米科技的发展过程中,研究者逐渐将研究重点从研究单一的纳米材料的性质转向制备和组装纳米结构的材料或器件。纳米结构通常包括纳米颗粒、纳米线、纳米棒、纳米片等等,这些结构通常具有新颖独特的光、电、磁和催化性能。生物传感器是依据生物活性物质对某种物质具有特定的选择性亲合力,根据亲和力是否存在及其大小可以判断特定物质是否存在及浓度多少这样一个基本事实发展起来的。生物传感器已在医学诊断,生物化工,发酵与食品工业生产过程和生态环境监测与控制乃至国防安全方面得到了非常普遍的应用。生物传感器的研制过程有诸多难点,如生物受体的固定化,它关系到传感器的响应时间和寿命,所有这些难点构成了传感器发展和实用化的瓶颈。新型纳米材料由于其特殊的结构层次,具有很强的吸附能力,良好的定向能力和生物相容性,为发展新型生物传感器提供了新的途径。例如,纳米材料表现出良好的催化作用,电子传导作用,可以增加响应界面以及作为分析标记物;此外,纳米材料还可作为载体,起到吸附和支撑的作用,将酶、抗原/抗体、折叠的核酸等尺寸为纳米大小的生物分子固定在纳米材料上,可以提高生物传感器的灵敏度并降低检测限,减少响应时间。本论文的工作重点是利用量子点这一纳米材料独特的光学性质,通过将其与葡萄糖氧化酶有序组装,构建了快速,灵敏的可应用于实际血清样品中葡萄糖浓度检测的生物传感器。具体方法是:通过层层自组装方法,将量子点与葡萄糖氧化酶有序组装于玻璃或石英基底之上,构成多层膜结构。当这一多层膜结构接触葡萄糖溶液时将由葡萄糖氧化酶催化氧化葡萄糖而产生过氧化氢,后者通过增加量子点表面缺陷,可以快速地淬灭量子点的荧光,从而依靠简单的荧光淬灭速率反映体系中产生过氧化氢的葡萄糖的浓度的标准曲线,最终得到一种新型的葡萄糖生物传感器。并且将其应用于血清样本检测,得到了具有良好重现性和准确性的结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 纳米科技概论
• 1.2 纳米材料的制备和表征
• 1.2.1 纳米材料的制备
• 1.2.2 纳米材料的表征方法
• 1.3 纳米材料与生物传感
• 1.4 半导体纳米粒子
• 1.4.1 半导体纳米粒子的类型
• 1.4.2 量子点的制备
• 1.4.3 量子点的光学特性
• 1.4.4 量子点的应用
• 1.5 有序纳米结构材料的组装
• 1.6 酶纳米生物传感器及酶的固定化
• 1.7 本论文的研究工作及意义
• 1.7.1 本课题的研究内容
• 1.7.2 本课题的研究意义
• 第2章 半导体纳米粒子的制备
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 水相法合成碲化镉纳米粒子
• 2.2.3 量子点表征
• 2.2.4 稳定性研究
• 2.3 结果及分析
• 2.3.1 透射电镜图片
• 2.3.2 粒度分布研究
• 2.3.3 光谱研究
• 2.3.4 稳定性
• 2.3.5 量子点溶液浓度及粒径大小的计算
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于碲化镉量子点和葡萄糖氧化酶制备葡萄糖传感器
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂与仪器
• 3.2.2 层层自组装方法制备多层膜结构
• 3.2.3 过氧化氢溶液对量子点多层膜结构的作用
• 3.2.4 葡萄糖浓度标准曲线的测定
• 3.2.5 改变膜结构对于传感器性能变化的研究
• 3.2.6 实际血清样本中葡萄糖浓度测定
• 3.2.7 稳定性测试
• 3.3 实验结果及分析
• 3.3.1 纳米复合结构薄膜作为葡萄糖生物传感器的机理
• 3.3.2 量子点多层膜组装过程的监测
• 3.3.3 过氧化氢对于多层膜结构的作用
• 3.3.4 多层膜结构的确定与性能测试
• 3.3.5 实际样品测试结果
• 3.3.6 稳定性测试结果
• 3.4 本章小结
• 结 论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢