聚苯乙烯微球在蛋白质芯片上的构筑及性能表征

论文摘要

本文通过改变反应条件制备尺寸可控的单分散聚苯乙烯微球（PS）,并利用Langmiur-Blogget（LB）技术对其在玻片上进行组装,制备成一种新型的具有高固定率的蛋白质芯片玻璃载体,通过进一步修饰纳米金粒子和酸化银溶胶,用表面增强拉曼散射技术（Surface-enhancement Raman Scattering,SERS）检测其高灵敏度。研究了以苯乙烯为单体采用分散聚合法制备尺寸可控的单分散聚苯乙烯微球的制备工艺,分析了乳化剂、引发剂、单体的用量、醇水比和搅拌速度对产物粒径分布的影响。表征结果表明,用分散聚合方法可制备出粒径为100～800 nm的聚苯乙烯微球粒径均匀且呈单分散。荧光光谱测试结果表明,聚苯乙烯微球的荧光激发峰在390 nm处,与微球粒径大小无关。借助LB技术对PS微球在载玻片上进行了 自自组装预处理。预处理后的玻片经过有机硅烷的进一步修饰,干燥后制备成一种蛋白质芯片玻璃载体。利用有机硅烷与蛋白质的共价牢固结合和PS微球的三维表面增大玻片比表面积的优势,该蛋白质芯片玻璃载体蛋白质固定率高,高达96%;信噪比高,可达2.98;芯片与蛋白质的结合牢固。为了提高此种蛋白质芯片的检测灵敏度,对蛋白质基底进行了改进,通过纳米金修饰PS微球形成一种复合材料,组装后作为基底对羊抗兔IgG进行拉曼表征。由拉曼光谱可知,PS的拉曼峰强很高,使得IgG的峰强明显很弱,修饰纳米金粒子之后,IgG的拉曼峰强有所增强,但是增强幅度不是很大。为了消除芯片基底的拉曼信号干扰,加入酸化银溶胶,形成金-蛋白质-银三明治结构,结果表明,加入酸化银溶胶之后,IgG的拉曼信号得到了明显的增强,通过计算比较峰强和峰面积,增强了 2个数量级左右。而且,值得注意的是,加入酸化银溶胶后,只有IgG的拉曼信号的到了增强,而PS的拉曼峰在拉曼图谱上没有显示,这就说明了银粒了只增强蛋白质信号,掩盖芯片基底信号。对此芯片检测限进行了研究分析,最低检测限可达0.25 ng/L。使用Au@PS纳米复合材料作为拉曼探针,次甲基蓝作为拉曼信号表达物,对Au@PS的表面增强拉曼散射活性进行了研究,结果显示,吸附在Au@PS上的次甲基蓝分子的拉曼散射信号得到增强。本文还对PS膜和Au@PS膜进行了光学的分析与比较。结果表明,在纳米金修饰之后,荧光强度明显降低,这是由纳米金粒子的荧光猝灭效应所导致的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 蛋白质芯片
• 1.1.1 蛋白质微阵列原理
• 1.1.2 蛋白质芯片的检测方法
• 1.1.3 蛋白质微阵列的应用及应用前景
• 1.2 聚苯乙烯微球的性能研究
• 1.2.1 聚苯乙烯微球
• 1.2.2 聚苯乙烯微球的聚合机理
• 1.2.3 聚苯乙烯微球的制备方法
• 1.2.4 高分子微球的性能表征方法
• 1.2.5 聚苯乙烯微球的应用
• 1.3 纳米金修饰聚苯乙烯微球的性能研究
• 1.3.1 纳米金
• 1.3.2 纳米金颗粒的制备方法
• 1.3.3 纳米金在生化分析方面的应用
• 1.3.4 Au@PS核/壳材料的制备
• 1.3.4.1 核/壳结构复合微球的制备方法
• 1.3.4.2 核/壳结构复合微球的应用和前景
• 1.3.5 Au@PS核/壳材料的的表征方法
• 1.4 表面增强拉曼散射简介
• 1.4.1 拉曼效应
• 1.4.2 表面增强拉曼散射的工作机理
• 1.4.2.1 电磁场增强机理
• 1.4.2.2 化学增强机理
• 1.4.3 表面增强拉曼散射的应用
• 1.4.4 表面增强拉曼散射的研究进展
• 1.5 选题目的及意义
• 第二章 以聚苯乙烯微球修饰玻璃载体的蛋白质芯片的制备及表征
• 2.1 尺寸可控的单分散聚苯乙烯微球的制备
• 2.1.1 引言
• 2.1.2 实验试剂与仪器
• 2.1.3 实验过程
• 2.1.4 测试方法与表征手段
• 2.1.5 结果与讨论
• 2.1.5.1 扫描电子显微镜分析
• 2.1.5.2 红外吸收光谱分析
• 2.1.5.3 各种影响因素对粒径的影响
• 2.1.5.4 不同粒径的PS微球荧光光谱分析
• 2.2 PS微球LB膜的制备及光学性质
• 2.2.1 引言
• 2.2.2 实验试剂与仪器
• 2.2.3 实验过程
• 2.2.4 表征手段
• 2.2.5 结果与讨论
• 2.2.5.1 PS微球LB膜的扫描电镜分析
• 2.2.5.2 PS微球的膜压曲线
• 2.2.5.3 PS微球LB膜的AFM图谱分析
• 2.2.5.4 PS微球LB月莫的焚光光谱分析
• 2.3 以PS微球修饰玻璃载体的蛋白质芯片的制备及表征
• 2.3.1 引言
• 2.3.2 实验试剂与仪器
• 2.3.3 实验过程
• 2.3.3.1 玻片的清洗
• 2.3.3.2 常用试剂对玻片的修饰
• 2.3.3.3 聚苯乙烯微球对玻片的修饰
• 2.3.3.4 蛋白质固定率的测定
• 2.3.3.5 蛋白质反应性的测定
• 2.3.4 表征手段与测试方法
• 2.3.5 结果与讨论
• 2.3.5.1 常用试剂修饰的玻片的蛋白质性能测试的原始扫描图
• 2.3.5.2 PS微球修饰玻片的蛋白质性能测试的原始扫描图
• 2.3.5.3 不同试剂修饰后的蛋白质固定率比较
• 2.3.5.4 不同试剂修饰后的基底的荧光强度比较
• 2.3.5.5 不同试剂修饰后的基底的信噪比的比较
• 2.3.5.6 蛋白质芯片的AFM分析
• 2.4 结论
• 第三章 Au@PS拉曼探针的制备及表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂、仪器
• 3.2.2 聚苯乙烯球的制备
• 3.2.2.1 试剂的预处理
• 3.2.2.2 不同粒径聚苯乙烯微球的制备
• 3.2.2.3 纳米金在PS微球表面的原位修饰
• 3.2.2.4 纳米金在PS微球表面的偶联修饰
• 3.2.3 表征手段与测试方法
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 不同尺寸聚苯乙烯微球的扫描表征
• 3.3.2 纳米金在PS微球表面的原位修饰的TEM分析
• 3.3.3 SUDEI修饰聚苯乙烯微球的扫描分析
• 3.3.4 经SUDEI修饰后的PS微球红外吸收光谱比较
• 3.3.5 经SUDEI修饰后的PS微球常规拉曼光谱比较
• 3.3.6 纳米金偶联修饰PS微球的SEM分析
• 3.3.7 纳米金偶联修饰PS微球的TEM分析
• 3.3.8 Au@PS拉曼探针的常规拉曼图谱分析
• 3.3.9 纳米金修饰PS微球的XRD图谱分析
• 3.3.10 Au@PS拉曼探针的SERS活性研究
• 3.3.11 荧光光谱分析
• 3.4 总结
• 第四章 IgG蛋白质在蛋白芯片上的拉曼表征
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验仪器与试剂
• 4.2.2 实验过程
• 4.2.3 测试手段
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 不同基底的扫描电镜分析
• 4.3.2 酸化银溶胶的透射电镜分析
• 4.3.3 不同基底的拉曼光学照片分析
• 4.3.4 酸化银溶胶的紫外-可见光谱分析
• 4.3.5 IgG在不同基底上的拉曼谱图分析
• 4.3.6 IgG在Au@PS基底上的最低检测限分析
• 4.4 本章小结
• 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录