生物芯片硅基片制备技术研究

论文摘要

生物传感器和生物芯片的发展需要生物分子和基底之间产生稳定的电流交换。金刚石被发现是一种理想材料,具有优良的性质,如:物理稳定性、化学稳定性、极高的热传导能力和良好的生物兼容性。掺硼的导电金刚石则表现出宽的电势窗和低的背景电流。本文以金刚石薄膜为对象,了解了金刚石薄膜的形成机理及晶体结构,阐述了金刚石的性质;对金刚石表面进行了化学修饰,用化学氧化和水解处理的方法固定了羧基官能团,并通过红外光谱探讨了各种反应条件对固定效果的影响;借助于1-乙烷基-（3-二甲氨基丙基）碳二亚胺（EDC）在羧基化的金刚石薄膜上直接共价固定了葡萄糖氧化酶,并验证了固定氧化酶的长期稳定性;最后,探讨处理后的金刚石薄膜作为电极应用在生物传感器中的结构。首先用浓H2SO4和浓HNO3的混合液将金刚石表面进行氧化处理,其中浓HNO3是氧化酸,浓H2SO4是催化剂。氧化后的金刚石薄膜用NaOH和HCl进行水解处理。傅立叶变换红外光谱（FTIR）和X射线能谱（XPS）证实了金刚石表面被氧化水解成了羧基。利用OH的红外光谱吸光度进行对比分析,表明在:HNO3:H2SO4=1:5、处理时间在20h、搅拌状况下处理的结果效果最好。对结果进行方差分析,结果显示酸的配比、反应时间和处理方式对试验的效果影响均不显著,表明氧化后的金刚石表面羧基官能团的浓度较低,这可能和金刚石表面的氢的浓度较低、基片产生的氧化有关。其次葡萄糖氧化酶通过EDC中间媒介直接共价固定在羧基化的金刚石薄膜上。固定后的酶用分光光度法进行验证,以ABTS作为显色剂,测出了固定的葡萄糖氧化酶的活性为0.007U/25mm2。表明葡萄糖氧化酶已经被固定在金刚石薄膜上。并验证了固定的葡萄糖氧化酶的长期稳定性。最后固定酶的金刚石薄膜作为生物传感器的电极使用,比传统的以凝胶或聚合物为基底的酶膜电极灵敏度和准确性都高,可以代替传统的酶膜电极应用在生物传感器中,可以用电化学的三电极系统检测葡萄糖浓度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 金刚石薄膜表面修饰研究
• 1.2.2 金刚石薄膜表面生物分子固定技术研究
• 1.2.3 生物传感器研究
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 金刚石薄膜的特性及表征
• 2.1 引言
• 2.2 金刚石薄膜制备技术
• 2.3 金刚石薄膜的性质表征
• 2.3.1 金刚石薄膜的扫描电镜表征
• 2.3.2 金刚石薄膜的拉曼光谱
• 2.3.3 金刚石薄膜的X射线衍射图谱
• 2.4 本章小结
• 第3章 金刚石薄膜表面的化学修饰
• 3.1 试验机理
• 3.2 因素分析及评价指标
• 3.2.1 影响因素分析
• 3.2.2 评价指标
• 3.3 实验方案
• 3.3.1 氧化试验
• 3.3.2 实验仪器
• 3.3.3 实验过程
• 3.4 结果表征
• 3.5 数据处理及结果分析
• 3.5.1 数据处理方法
• 3.5.2 结论
• 3.6 本章小结
• 第4章 固定葡萄糖氧化酶
• 4.1 引言
• 4.2 固定葡萄糖氧化酶
• 4.2.1 试验方案
• 4.2.2 分光光度法测定酶活原理
• 4.2.3 显色试验
• 4.2.4 稳定性检测
• 4.3 本章小结
• 第5章 电化学葡萄糖生物传感器
• 5.1 引言
• 5.2 生物传感分析仪
• 5.3 电极的结构设计
• 5.3.1 电化学检测原理
• 5.3.2 电化学检测系统
• 5.3.3 电极的结构
• 5.4 本章小结
• 结论
• 总结
• 展望
• 参考文献
• 缩略语
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表