构建金及酶微米图形

论文摘要

第一章研究了一种SECM沉积金的新方法。它将基底（Si）的刻蚀与金属物质金的沉积相结合，使二者同时进行，制作出了与基底结合牢固的Au的微米图形。这一方法的原理是利用探头上产生的H+使其附近溶液pH值降低，从而引发基底上的化学反应。在底部固定有Si基底的电解池中加入KAu（CN）2、KF、和NaNO2的混合液，然后在SECM探头上加正电位使NO2-氧化成NO3-，同时H2O释放出H+。H+累积到一定程度是探头附近溶液达到合适pH值时，引发以下反应：Si被F-氧化生成SiF62-，基底Si被刻蚀；同时Au（CN）2-被还原成Au，Au就沉积在Si基底的凹坑里。讨论了各种因素，如溶液pH、KAu（CN）2、KF、NaNO2的浓度对Au沉积的影响。用此方法制作了金的微米阵列和微米线，并用SECM收集模式表征出金阵列和微米线的SECM图像，其中每个金点的SECM图像直径为50μm，实际直径约8.3μm。金线的SECM图像宽度为53μm，实际宽度约8.9μm。第二章利用SECM“微试剂模式”构建辣根过氧化物酶（HRP）的微米图形。通过实验发现文献报道的HBrO使酶失活的方法不能用于构建有活性的酶图形，所以研究出一种使酶失活速度慢的能够用于构建具有生物活性HRP微米图案的方法，即利用SECM探头上产生的OH-使固定在基底上的HRP局部位置失活，从而构建失活的和保持生物活性的HRP微米图案。利用生物素和链霉亲和素间的特异性结合将HRP固定在聚苯乙烯基底上，以玻璃管和环氧树脂胶绝缘的7μm的碳纤维电极作SECM探头，在pH=8.0的KCl和BQ溶液中保持探头和基底距离2μm，恒定探头电位-1.7 V（vs．Ag／AgCl）使HRP局部位置失活。然后用SECM反馈模式表征出构建的HRP图形：在原来的溶液中加入2.00×10-3mol／LH2O2，探头上所加的电位为-0.2V（vs．Ag／AgCl），在该电位下，溶液中的BQ被还原成H2Q，H2Q扩散到有活性的HRP上方时，H2Q在HRP的催化下与H2O2反应又生成BQ，从而产生正反馈电流；探头在失活的HRP上方时，扩散到基底的H2Q无法进一步生成BQ，基底阻碍BQ向探头的扩散，探头电流表现为负反馈。根据探头从有活性的HRP上方移至失活的HRP上方时电流降低的原理，得到了直径约15-20μm的失活HRP微米阵列、宽度为20μm左右失活的直线，是探头直径的2-3倍，证明了本文研究的探头产物OH-比目前文献报道的HBrO使酶失活的速度慢，得到的失活图形窄，能够用于构建具有生物活性的酶图形。构建且表征出有生物活性的直径约20μm的HRP直线，实际宽度约4.6μm。本文还利用SECM的一种可以自动构建图形的技术—“Surface Patterned Conditioning”，构建了失活的HRP文字图形“H”。第三章研究了一种新的构建酶图形的方法。首先，利用生物素和链霉亲和素间的特异性结合将HRP固定在聚苯乙烯基底上。在pH=8.0的KCl和BQ溶液中，以带有图形的“印章”电极作为工作电极，铂丝为对电极，Ag／AgCl电极为参比电极。然后，把工作电极固定在铺有HRP的基底上，给工作电极加-1.7 V电位，反应产生的OH-使HRP失活，构建失活HRP直线、文字图形“十”和微米阵列。最后表征（“读”）出了构建图形的SECM图像，图像中线的宽度约40μm，是探头直径（12μm）的约3倍，从而证明了此方法使酶失活速度慢，凹形电极能够抑制反应产物的扩散，用这种方法作图时用的仪器非常简单，操作起来也比较方便，可以用于工业化的批量生产。第四章利用微通道将基底（Si）的刻蚀与金属物质（Au）的沉积相结合，制作了金的和通道形状相同的微米图形。本实验把带有微通道的PDMS贴在处理好的硅片上，在微通道中通入pH为6的KAu（CN）2和KF的混合溶液，溶液和硅发生化学反应，Si被F-氧化生成SiF62-，基底Si被刻蚀；同时Au（CN）2-被还原成Au，Au就沉积在Si基底的凹坑里。并且用显微镜和佳能A 540照相机对其进行了表征，得到各种金图形的照片。这种沉积是和刻蚀硅同步的，所以用这种方法沉积的金和基底结合牢固，结构致密，不会出现树枝状沉积；并且这种方法操作起来比较方便，快捷。是沉积微图形的一种良好的方法。我们又在金图形上面接上了葡萄糖氧化酶，得到了具有生物活性的葡萄糖氧化酶的图形。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 符号与缩写
• 第一章 运用"透镜"原理用"刻蚀沉积"法构建金微米图形
• 1.1 引言
• 1.2 实验部分
• 1.2.1 实验仪器
• 1.2.2 材料与试剂
• 1.2.3 实验方法
• 1.2.3.1 Si基底的预处理
• 1.2.3.2 Si基底的制作
• 1.2.3.3 碳纤维微米电极的制作
• 1.2.3.4 Ag/AgCl参比电极的制作
• 1.2.3.5 碳纤维微电极的活化
• 1.2.3.6 循环伏安法和电极半径的测定
• 1.2.3.7 SECM沉积金
• 1.2.3.8 扫描电化学显微镜（SECM）表征沉积的金
• 1.3 结果与讨论
• 1.3.1 SECM沉积金的反应原理
• 1.3.2 SECM沉积金的最佳条件
• +的物质的选择'>1.3.2.1 提供反应必需H⁺的物质的选择
• 1.3.2.2 溶液的pH值
• 1.3.2.3 KF浓度
• 2的浓度'>1.3.2.4 KAu（CN）₂的浓度
• 2溶液浓度'>1.3.2.5 NaNO₂溶液浓度
• 1.3.3 沉积金的SECM表征
• 1.4 结论
• 1.5 参考文献
• 第二章 一种新的方法构建辣根过氧化物酶微米图形
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 材料与试剂
• 2.2.3 实验方法
• 2.2.3.1 制作玻璃管碳纤维微米电极
• 2.2.3.2 辣根过氧化物酶的固定
• 2.2.3.3 酶微米图案的制作
• 2.2.3.4 酶微米图案的表征
• 2.3 结果与讨论:
• 2.3.1 碳纤维微米电极的绝缘方法
• 2.3.2 制作酶基底时biotin-HRP浓度选择
• 2.3.3 HRP基底的刻蚀条件的优化
• 2.3.3.1 溶液pH
• 2.3.3.2 探头电位的选择
• 2.3.3.3 探头与基底的距离
• 2.3.4 SECM表征被构建的HRP基底
• 2.3.4.1 探头扫描曲线
• 2.3.4.2 SECM图像
• 2.4 结论:
• 2.5 参考文献:
• 第三章 "印章"法构建辣根过氧化物酶微米图形
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验仪器
• 3.2.2 材料与试剂
• 3.2.3 实验方法
• 3.2.3.1 制作带有图形的印章电极
• 3.2.3.2 辣根过氧化物酶的固定
• 3.2.3.3 酶微米图案的制作
• 3.2.3.4 酶微米图案的表征
• 3.3 结果与讨论:
• 3.3.1 "印章"电极的绝缘方法
• 3.3.2 制作酶基底时biotin-HRP浓度选择
• 3.3.3 HRP基底的刻蚀条件的优化
• 3.3.3.1 溶液pH
• 3.3.3.2 探头电位的选择
• 3.3.4 SECM表征被构建的HRP基底
• 3.3.4.1 探头扫描曲线
• 3.3.4.2 SECM图像
• 3.4 结论
• 3.5 参考文献
• 第四章 微通道"刻蚀沉积"法构建金及葡萄糖氧化酶微米图形
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验仪器
• 4.2.2 材料与试剂
• 4.2.3 实验方法
• 4.2.3.1 Si基底的预处理
• 4.2.3.2 Si基底的制作
• 4.2.3.3 PDMS芯片的制作与修饰
• 4.2.3.3.1 阳膜的制作
• 4.2.3.3.2 SECM测量阳膜上通道的深度
• 4.2.3.3.3 PDMS膜的浇注
• 4.2.3.3.4 PDMS膜的改性及封接
• 4.2.3.4 微通道中沉积金
• 4.2.3.5 用多通道芯片在沉积的金上接上葡萄糖氧化酶
• 4.2.3.6 沉积金及制作的葡萄糖氧化酶图形的表征
• 4.2.3.6.1 显微镜和照相机表征金
• 4.2.3.6.2 SECM表征沉积的金
• 4.2.3.6.3 SECM表征金图形上接的葡萄糖氧化酶
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 微通道沉积金的反应原理
• 4.3.2 阳膜刻蚀条件的选择
• 4.3.3 微通道沉积金的最佳条件
• 4.3.3.1 溶液的pH值
• 4.3.3.2 KF的浓度
• 2的浓度'>4.3.3.3 KAu（CN）₂的浓度
• 4.3.3.4 溶液与硅基底反应的时间
• 4.4 沉积金及制作的葡萄糖氧化酶图形的表征
• 4.4.1 金的表征
• 4.4.2 SECM表征接在金上面的葡糖糖氧化酶活性图形
• 4.5 结论
• 4.6 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表