摘要: 生物传感器的识别元件和传导元件决定了传感器的选择性和灵敏度,因此,不断开发和应用新功能的传感材料,选择并优化现有的传感材料是改善传感器性能的重要措施之一.纳米金具有非常奇特的局域表面等离子体共振(LSPR)光学性质。通过调控材料组分、粒子形... 展开 生物传感器的识别元件和传导元件决定了传感器的选择性和灵敏度,因此,不断开发和应用新功能的传感材料,选择并优化现有的传感材料是改善传感器性能的重要措施之一.纳米金具有非常奇特的局域表面等离子体共振(LSPR)光学性质。通过调控材料组分、粒子形状、周围介质、粒子间距等都可以改变LSPR,且纳米金优异的表面化学为我们提供了设计制备可用于生物探测的有机/无机纳米天线的思路和可能。近年来生物探针分子异军突起,而导电高分子材料方兴未艾,两者都在生物传感领域有巨大潜力。因此我们采用硫醇标记生物探针分子与纳米金共聚,制备杂交型DNA传感器；另外采用导电高分子包覆纳米金,制备吸附式蛋白传感器。在复合手段方面,除了尝试已有的硫醇接枝、物理吸附等界面复合手段,也尝试纳米界面上的静电沉积等新手段。因此,该项研究无疑在生物探测科学技术方面具有重要的学术意义. 本论文第一章分三个部分,分别综述了纳米金材料的形貌、性能及其在生物传感领域的应用；纳米金表面的功能高分子,着重在生物分子和导电高分子；以及纳米金与高分子复合方法的类别和进展。并由此提出对纳米金进行复合、设计制备新型生物传感材料的要求。 本论文第二章我们用荧光标记的发卡DNA探针研究了纳米金粒子附近的荧光淬灭和增强。发现发卡探针的回形闭合结构使荧光分子与金表面紧密接触从而引发高效能量转移,即荧光淬灭；当与互补DNA链段杂交后,探针打开伸直,重新引发高强度荧光信号。通过量化荧光探针和纳米金的数目,精确定义了淬灭效率和增强倍率。另外采用有限时域差分法和Gersten-Nitzan模型进行理论计算,进一步佐证实验数据。此项研究中所有粒径的纳米金都呈现大于96.8％的荧光淬灭效率,并采用100 nm纳米金和35个核苷酸的探针组合,设计制备了新一代DNA传感器,且获得了100 pM的目标检测限。 本论文第三章研究了溶液分散系中壳形纳米金粒子表面染料的荧光现象。标记在发卡结构DNA上的染料,一经与壳形纳米金表面接触,便遭到淬灭；一经DNA杂交反应,又得到增强。通过调控壳形纳米金的粒径和壳厚,实现了LSPR与两种不同染料的激发和发射波长的重叠。当LSPR覆盖染料发射波长时,荧光增强达到最大。此项研究有助于理解壳形纳米金分散系中的荧光现象,以及研制基于纳米天线的无标记DNA传感器。选择了[45,75]nm壳形纳米金、35个核苷酸序列、Alexa555的组合以及[98,113]nm壳形纳米金、35个核苷酸序列、Atto740的组合,突破了10pM的目标DNA检测限。 本论文第四章进一步考察了纳米金与其他功能高分子的复合情况。我们提出了一种全新而简单的方法来制备具有任意等电点的核壳结构纳米金粒子。用等电点沉积方式在纳米金粒子表面包覆聚苯胺,所得核壳结构粒子的等电点与聚苯胺相同(pH2.0)。该复合粒子在宽pH值范围内(2.2-10.0)具有高稳定性,且保持纳米金的天线功能。论证了蛋白分子在纳米金.聚苯胺复合粒子表面吸附情况随着pH变化的规律,并首次观测到了极端情况下(pH2.2)生物分子在纳米天线表面的吸附行为。利用这种简单普适的等电位沉积法,可以在十分钟内制备具有任意等电点的核壳结构纳米天线,该结构的高稳定性,为极端条件下的生物检测提供了可能。 本论文第五章进一步用导电高分子将纳米金粒子包覆并定形为接触性二聚体结构。高分辨率透射电镜照片证实了二聚体中的接触式粒子形貌。二聚体的宽频等离子共振双峰可以通过改变溶剂或吸附生物分子来调控。其纵向等离子共振峰对环境介质和对单个生物分子的灵敏度比横向等离子共振峰高6倍。使用这种具有超高灵敏度和良好稳定性的纳米金.导电高分子二聚体结构直接制备了均相生物检测体系,并实现了低于100 ng/mL的蛋白检测限。 本论文第六章对全文工作进行了总结和展望。本论文的主要目的即在设计制备纳米金-高分子新型复合材料的过程中,发明新复合手段,发现和验证复合材料新的功能性能；从而为材料学领域增添新物种,为复合领域提供新观点,为传感领域开辟新手段。 收起