复合二氧化硅纳米材料的制备及其在荧光分析中的应用

【摘要】：本文共分为六章，包括纳米材料在分析化学中的应用概述、罗丹明—二氧化硅复合荧光纳米粒子的制备与应用、罗丹明—荧光素—二氧化硅复合荧光纳米粒子的制备与应用、二氧化硅—氯化血红素复合纳米粒子的制备与应用、新型二氧化硅纳米管阵列膜的制备与应用，以及论文的研究特色、创新性与以后研究工作的展望等内容。 第一章为绪论，介绍纳米材料在分析化学中的应用研究概况和重要意义，评述了该领域研究已经取得的一些重要研究成果，并在此基础上提出了本论文的研究设想。 第二章主要研究罗丹明—二氧化硅复合荧光纳米粒子的制备与应用。本章分为两部分。第一部分通过调控荧光功能化硅烷前体和四甲氧基硅烷在反相胶束体系中的水解缩合，制备了用于生物分析的高灵敏度、高稳定性、单分散性良好的新型罗丹明—二氧化硅复合荧光纳米粒子。通过对该荧光纳米粒子的特性及基于该荧光纳米粒子建立的荧光免疫分析方法的性能进行研究，表明这一新型的荧光标记方法在很大程度上克服了传统荧光标记方法的缺陷，尤其在光稳定性和灵敏度方面有较大改善。相比于无机量子点和荧光纳米乳液，本方法制备简单易行、衍生方法丰富多样、易与生物大分子偶联、物理化学稳定性好，对生物体毒性小，且方法的适用性强。通过改变荧光团和硅烷前体的种类，可以合成各种的复合纳米粒子，以适应不同的需要。第二部分利用碘化物—罗丹明复合二氧化硅纳米粒子体系的荧光猝灭反应检测痕量亚硝酸根。在盐酸介质中，NO_2~-与I~-反应生成I_3~-，从而使得罗丹明的荧光发生显著猝灭，建立了间接测定NO_2~-含量的荧光分析法。其检出限相比传统猝灭法有很大的改善，并且具有反应速度快，试剂用量少等特点。 第三章首次报道了新型的罗丹明—荧光素—二氧化硅荧光复合纳米颗粒的制备与应用。本章分为两部分。第一部分将异硫氰酸荧光素(FITC，作为指示荧光染料)与罗丹明(作为参比荧光染料)共同共价固定在纳米粒子中，从而 厦门大学理学博士学位论文 杨薇 制备了一种新型的荧光复合纳米颗粒。FITC固定在纳米粒子的表面层，在 pHS.5一7.5之间，其荧光值随pH增加有灵敏迅速的响应。而罗丹明则固定在 纳米粒子内部，不随pH改变而变化，可以作为参比，进行比率法检测，增加 了检测方法的精确度，以克服一些潜在的因素对荧光分析方法的准确性和灵敏 度的影响。所制备的荧光纳米传感颗粒，在获得良好的生物相容性的同时，光 学稳定性和尺寸均匀性方面也有很大的提高。在模拟生理条件下考察了荧光复 合纳米颗粒对pH的响应，实验结果误差很小，说明荧光型纳米颗粒传感器可 用于活体内痕量H十的实时监测。第二部分利用粒子表面的FITC的荧光被轻基 自由基(’OH)碎灭的事实，将此纳米粒子用于比率法检测水溶液中的经基自 由基，并用该方法初步考察了一些物质对，oH的清除能力，给出了抗氧化剂与 .OH清除能力之间的量效关系。 第四章首次报道了模拟酶氯化血红素(hemin)一二氧化硅复合纳米粒子的 制备和应用。hemin共价固定在纳米二氧化硅粒子中，防止了分子泄漏及二聚 体的生成，改善了hemin分子在纳米粒子表面的定向，使其有序、均匀的分布， 提高了该模拟酶的催化活性和稳定性，并探索了hemin与纳米粒子之间的相互 作用，成功地应用于人血清样品中葡萄糖的模拟酶促法测定。 第五章首次在氧化铝模板膜的单分散圆柱形纳米级孔道中，通过溶胶一凝 胶方法制备了负载化辣根过氧化物酶的二氧化硅纳米管阵列膜，并首次用作流 动注射体系中的生物催化微反应器。所得二氧化硅纳米管，结构均匀一致，排 列分立有序，是一种独特的生物分子固定基质。同时，对固定化酶的各种性质 进行了详细的考察，固定化酶的催化活性和稳定性均有很大提高。并将该流动 注射分析体系应用于实际样品的检测，显示出简便、快速、稳定和循环使用的 优点。 第六章总结了本论文研究工作的特色和创新性，并对该研究工作的进一步 发展提出了设想。