納米復(fù)合材料的制備、性質(zhì)及其在生物分析中的應(yīng)用.pdf

1、由于納米尺寸的物質(zhì)具有與宏觀物質(zhì)迥異的小尺寸效應(yīng)、表面與界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等，因而納米材料具有特殊的光、電、熱、磁、力學(xué)等性能。如何構(gòu)建具有磁性、光學(xué)、電學(xué)、催化等性能的多功能化納米復(fù)合材料，并將其有效應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、食品安全等領(lǐng)域，已經(jīng)成為研究者們關(guān)注的焦點(diǎn)。本論文從功能化納米復(fù)合材料的制備、表面修飾、形貌及磁/光/抗菌/毒學(xué)等性能的研究出發(fā)，構(gòu)建了五種納米復(fù)合材料并探討了它們在生物分析領(lǐng)域的應(yīng)用。本論

2、文主要分為以下幾個部分:
　　 第一章綜述簡要概述了納米材料的特性及應(yīng)用，詳細(xì)介紹了本論文所涉及的三種納米材料（碳納米管、CdTe量子點(diǎn)和Fe3O4磁性納米粒子）的常規(guī)制備方法以及表面功能化修飾方法。另外，著重評述了基于這幾種納米材料所構(gòu)建的納米復(fù)合材料在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、刑事偵探等領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　 第二章碳納米管/殼聚糖/聚合物納米復(fù)合材料修飾的微陣列生物傳感器。本文制備了由碳納米管/殼聚糖/PVI-Os氧化還原聚

3、合物所形成的納米復(fù)合物，并將其用于一種新型可印刷的微陣列電化學(xué)傳感器，實(shí)現(xiàn)了血清中葡萄糖和乳酸的同步檢測。復(fù)合物作為傳感器的敏化層由帶負(fù)電的碳納米管作為骨架將殼聚糖/PVI-Os交聯(lián)起來，而帶正電的殼聚糖/PVI-Os作為氧化還原媒介體并使葡萄糖氧化酶和乳酸氧化脫氫酶有效地固定在微電極表面。CNTs/Chitosan/PVI-Os納米復(fù)合材料具有多孔、比表面積大等特點(diǎn)，可有效的增加乳酸氧化酶/葡萄糖氧化酶的固載量。同時其網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和殼聚糖

4、的生物相容性協(xié)同作用，可以避免酶的脫落。該傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)碳納米管的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和殼聚糖的生物相容性協(xié)同作用，使更多的酶固定在微電極上且不易脫落、變性，提高傳感的靈敏性;(2)通過在同一個芯片上設(shè)置無酶電極，可消除其他電活性物質(zhì)的干擾，提高檢測的特異性;(3)能同步檢測多種待檢組分，實(shí)現(xiàn)高通量的分析檢測等;(4)制作成本低，可批量生產(chǎn)。該新型傳感器具有靈敏度高、選擇性好、抗干擾能力強(qiáng)和穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，在臨床診斷方面有著很大的潛在應(yīng)

5、用價值。
　　 第三章量子點(diǎn)/多聚賴氨酸納米復(fù)合多層膜的構(gòu)建及其抗菌生物活性檢測。CdTe量子點(diǎn)具有熒光發(fā)射波長隨尺寸改變連續(xù)可調(diào)、發(fā)射光譜窄且對稱分布、光化學(xué)穩(wěn)定性佳等特性，已廣泛應(yīng)用于生物影像和生物傳感等領(lǐng)域，但其抗菌生物活性尚不明確。本文在合成CdTe量子點(diǎn)時采用巰基丁二酸作穩(wěn)定劑，大量的羧基(-COOH)使CdTe量子點(diǎn)表面帶負(fù)電荷，不僅使CdTe量子點(diǎn)在水相中具有良好的分散性和穩(wěn)定性，而且能進(jìn)一步與聚陽離子電解質(zhì)多聚賴

6、氨酸(PLL)發(fā)生靜電吸附作用，從而制備(CdTeQDs/PLL)多層膜納米復(fù)合物。該納米復(fù)合多層膜的厚度、熒光強(qiáng)度、抗菌性能均可通過組裝層數(shù)的不同加以調(diào)控，且可通過修飾不同大小量子點(diǎn)材料達(dá)到改變吸收和發(fā)射特性的目的。采用本方法制備的(CdTeQDs/PLL)多層膜具有光致發(fā)光性能和良好的抗菌生物活性等優(yōu)點(diǎn)，可將其應(yīng)用于構(gòu)建抗菌涂層裝飾材料等。
　　 第四章超順磁性氧化鐵納米顆粒的制備及其生物毒性的研究。具有獨(dú)特磁響應(yīng)性的超順磁

7、性氧化鐵納米顆粒(SPIONs)在生物傳感、藥物定向傳輸、醫(yī)學(xué)診斷與治療等領(lǐng)域已展示出巨大應(yīng)用潛力，但是其生物毒性尚不清楚。本研究采用化學(xué)共沉淀技術(shù)，以聚乙二醇(PEG)為表面活性劑，制備了分散性好的超順磁性四氧化三鐵納米粒子。采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、動態(tài)光散射粒徑分析儀、X-射線晶體衍射、振動磁強(qiáng)計(jì)對SPIONs納米顆粒的大小、形貌、晶體類型及磁性進(jìn)行了表征測試。結(jié)果顯示，所獲得材料為直徑約10-16納米的近似球形的

8、四氧化三鐵納米粒子，其矯頑磁性和剩磁幾乎為0emu/g，飽和磁化強(qiáng)度為68.6emu/g，表明該材料為超順磁性納米粒子。通過蛋白質(zhì)芯片結(jié)合傳統(tǒng)方法分析了SPIONs的毒性效應(yīng)及其分子機(jī)制。結(jié)果表明，當(dāng)濃度低于50μgmL-1時，SPIONs不能誘導(dǎo)明顯的生物毒性，為其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了參考。
　　 第五章Fe3O4@SiO2-Au納米復(fù)合材料的制備及其潛指紋顯現(xiàn)的研究。磁性納米粒子具有良好的磁響應(yīng)性、易于與磁性物質(zhì)牢固結(jié)

9、合，在指紋顯現(xiàn)與檢測方面有較大應(yīng)用潛力。本研究采用共沉淀法制備Fe3O4磁性納米顆粒，將其表面氨基化后連接金納米粒子，再用甲醛還原納米金顆粒，制備得到粒徑約500nm、單分散性能良好的Fe3O4@SiO2-Au納米復(fù)合材料。將該復(fù)合材料應(yīng)用于潛指紋的檢測，具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)其粒徑半徑小于傳統(tǒng)的粉顯法顆粒半徑，因此，顯現(xiàn)效果好;(2)利用氨基硅烷(APTES)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，既能防止Fe3O4的沉聚，使其具有良好的分散性和穩(wěn)定性，又能在其表面

10、修飾納米金等易于與氨基酸、蛋白質(zhì)結(jié)合的納米粒子;(3)能有效與指紋中的氨基酸、蛋白質(zhì)牢固結(jié)合，又具有金納米粒子的特性，能夠提高潛指紋顯現(xiàn)靈敏度;(4)具有良好的磁性，因此，潛指紋顯現(xiàn)后，多余的磁珠可以用磁性刷子吸取，避免納米顆粒粉塵對檢測人員身體的傷害;(5)能夠顯現(xiàn)遺留在不同客體表面（如玻璃、紙張、塑料等）的潛在指紋，具有更廣泛的應(yīng)用價值。
　　 第六章Fe3O4@SiO2/FITC/Au磁-光雙功能納米復(fù)合粒子的制備及其潛指

11、紋顯現(xiàn)的研究。磁性發(fā)光材料兼具磁性和發(fā)光性能，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景，引起了科研者的廣泛關(guān)注。本文用熒光性物質(zhì)對磁性材料進(jìn)行修飾后，再與金納米粒子結(jié)合，發(fā)展了一種新穎的制備Fe3O4@SiO2/FITC/Au磁-光雙功能復(fù)合粒子的方法，該方法制備出的磁-光雙功能復(fù)合粒子具有磁性、熒光性及易與生物樣品牢固結(jié)合的特性。該復(fù)合粒子具有熒光，可用于深色背景載體上潛指紋的顯現(xiàn);表面豐富的金納米粒子，易與指紋中的蛋白質(zhì)和氨基酸等結(jié)合;而且