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《南京邮电大学》 2018年
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贵金属纳米材料在光学生物传感器中的应用

田媛媛  
【摘要】:在过去的几十年里,因为贵金属纳米材料的自由电子在光的照射下产生了强烈的振荡,使纳米材料具有多种光学和表面化学特性,从而引起了人们的广泛关注。纳米生物技术将金属纳米颗粒与生物体系结合在一起,对生物学和生物医学产生了深远的影响。纳米生物工具也因功能化的贵金属纳米结构的加入而大大增强。因为这些功能化的纳米颗粒的多样性、可调节性,它们已经被证明可以广泛用于一系列生物应用中,包括生物物理研究、生物传感、成像、医学诊断和癌症治疗。论文的研究内容包括以下四个部分:1、单颗粒等离子纳米生物传感器的构建及其实时监测G-四联体的研究制备了单个金银核壳立方体(Au@Ag NC)纳米颗粒,开发了一种简单的、超灵敏的、无标记的等离子体纳米适配体传感器。它可以实时监测G-四联体形成的过程,以及对钾离子(K~+)的无标记分析。该研究表明基于表面等离子体共振(LSPR)技术,利用该纳米传感器对适体和钾离子之间的相互作用进行了研究。此外,它还证明了LSPR是一种有效的方法可以得到G-四联体结构的解离常数(K_d)和自由能(ΔG)。结果表明,在G-四联体的折叠形成过程中存在有两种结合状态,这对于研究G-四联体结构的热稳定性是很重要的。因此,等离子体纳米技术也可以应用于其他类型适体折叠过程的研究,并有望广泛应用于监测动力学领域的结构变化。2、不同位点的等离子异质二聚组装体的制备及其表面增强拉曼的研究在本章中,通过生物素-链亲和素的相互作用,分别在溶液态和单颗粒水平上利用单个的金银核壳立方体(Au@Ag NCs)和金球(GNS)组装,形成了一种异质二聚等离子体。由于特定的纳米结构形态,单个异质二聚体可以被命名为顶点、邻近和中间三种结合位点的纳米结构,这些纳米结构的表面等离子效应具有显著的差异。证明了异质二聚体的光学信号对热点区域的大小,以及纳米结构有很强的依赖性。此外,三种类型的结合位点的增强因子值分布在一个较窄范围内,也可以通过控制组装的纳米颗粒的大小来调整增强因子的数量级。值得注意的是,在异质二聚体中,顶点结合位点在避雷针效应和粒子间等离子体耦合效应的协同作用下,表现出显著的表面增强拉曼的信号。这一方案可以为设计表面增强拉曼活性纳米结构提供一个新的方向,也可以在等离子体器件、电子器件和生物检测中开发可控的应用平台。3、4H金纳米材料生物传感器的构建及其荧光猝灭性能的研究在本章中,基于能量共振转移利用4H金纳米带(4H Au NRB)和4H/fcc金纳米棒(4H/fcc Au NR)材料作为高效的猝灭基底,创建了可以检测HBV DNA、miRNA-31和K~+的多重荧光生物传感。值得注意的是,与4H/fcc Au NR的荧光传感器相比,基于4H Au NRB的荧光传感器的灵敏度更高。证明了在4H Au NRB的表面的DNA-染料的猝灭效率更高,而且4H Au NRB的能量转移速率要大于在4H/fcc Au NR和fcc金纳米棒(fcc Au NRs)中的能量转移速率。具有新型4H晶体相的金纳米材料在淬火过程中具有良好的性能,在电子器件和能量转换中具有潜在的应用前景。4、金纳米颗粒-二维有机框架复合纳米材料的制备及其在无标记传感中的应用在共价有机框架片纳米材料上生长金颗粒,合成了一种金纳米颗粒/共价有机框架片纳米材料(Au NPs/COF NSs)。这个复合材料可以作无标记传感平台,并利用发绿色荧光和红色荧光的银纳米簇(Ag NCs)实现了对HAV和HBV DNA分子的多重检测。体外实验结果证明Au NPs/COF NSs复合材料可以在荧光传感技术中用做有效的猝灭基底材料。此外,在细胞中基于Au NPs/COF NSs的传感平台来评估细胞内部K~+的分布情况。相信基于Au NPs/COF NSs的传感平台可以作为一种新型的纳米材料,用于许多生物分子和相关的生物检测研究具有很大的潜力。
【学位授予单位】:南京邮电大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:R312;TB383.1

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