納米結(jié)構(gòu)金屬氧化物過氧化氫及DNA傳感器研究.pdf

1、過氧化氫會在很多酶催化的氧化反應(yīng)中產(chǎn)生，包括葡萄糖氧化酶、尿酸氧化酶、膽固醇氧化酶、乙醇氧化酶等，因而測定過氧化氫的濃度可用于間接測定各種目標(biāo)物質(zhì)的濃度。這為發(fā)展針對包括葡萄糖在內(nèi)的多種物質(zhì)的生物傳感器提供了可能。很多細(xì)胞都會產(chǎn)生過氧化氫，并且它也會出現(xiàn)在尿液、血液以及呼吸氣體中。因此，測試體液和/或呼吸中的過氧化氫可以用來測試生理或病理狀態(tài)下的氧應(yīng)激狀態(tài)，并可以監(jiān)控治療過程中的反應(yīng)。 基因的分離及分析檢測在衛(wèi)生防疫、醫(yī)學(xué)診斷、

2、藥物研制、環(huán)境科學(xué)及生物工程等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，這也對基因的分析和檢測方法提出了新的要求。發(fā)展高性能低價格的核酸雜交測試生物傳感器成為目前的主要研究目標(biāo)。 在傳感器研究領(lǐng)域，各種種類及結(jié)構(gòu)的納米材料被用于傳感器特別是電化學(xué)傳感器制備，取得了良好的測試效果，線性范圍及檢測限有很大提高。這其中，金屬氧化物半導(dǎo)體材料的應(yīng)用引起很大關(guān)注。本文發(fā)展了基于ZnO納米棒陣列(Zno nanorod arrays，ZnONRAs)的電

3、化學(xué)傳感器，用于過氧化氫的測試，以期這類傳感器能夠更好地滿足實(shí)際需要。此外，研究了采用場效應(yīng)原理的器件及光可尋址電位傳感器( Light AddressablePotentiometric Sensors, LAPS)表面修飾對DNA測試性能的影響。 本文的主要研究內(nèi)容： (一)研究了紫外光( UV)照射ZnO種子層對ZnO納米棒陣列生長的影響 我們利用ZnO薄膜為種子層，通過水熱法制備了ZnO NRAs。發(fā)現(xiàn)了

4、紫外光處理ZnO薄膜促進(jìn)了水熱法制備ZnO NRAs表面均一性的提高，納米棒陣列中棒直徑的分布更均勻，棒的直徑相對變小。 (二)研究了鍍金ZnO納米棒陣列用于電化學(xué)測試效果 實(shí)驗(yàn)表明，通過磁控濺射技術(shù)在ZnO NRAs上鍍金，可以保護(hù)ZnO納米棒在水溶液中不受腐蝕，同時也作為一維納米陣列電極進(jìn)行電化學(xué)測試。 1)鍍金ZnO納米棒陣列電極在電化學(xué)測試上的特點(diǎn) 通過循環(huán)伏安法測試得到，鍍金ZnO納米棒陣列電極

5、的擴(kuò)散特性與平面電極接近。由于電極表面構(gòu)造的改變，鍍金ZnO納米棒陣列電極的擴(kuò)散層表面積較平面電極增大。由電化學(xué)阻抗譜測試可知，電極的電子傳遞電阻減小，表明電極的交換電流值增大，說明電極在表面電化學(xué)活性方面有顯著提高。 2)鍍金的ZnO納米棒陣列電極測試過氧化氫的特性 采用鍍金的ZnO納米棒陣列電極進(jìn)行過氧化氫測試。與平面金電極對照，過氧化氫在這種電極上的氧化還原電位都有了顯著下降，對應(yīng)峰電流顯著上升。實(shí)現(xiàn)了過氧化氫更低

6、還原電位下的測試。采用鍍金ZnO納米棒陣列電極得到的線性范圍為0.088mM-70.6mM，檢測限為0.07mM，測試靈敏度為30mA cm-2M-1。在所測試濃度范圍內(nèi)，生理濃度的抗壞血酸對測試沒有干擾。 3)納米鉑修飾的鍍金的ZnO納米棒陣列電極測試過氧化氫的特性鍍金的ZnO納米棒陣列電極表面沉積納米尺度的鉑層后，過氧化氫在電極上氧化還原反應(yīng)的可逆性增加，這表明鍍鉑后電極活性增加。過氧化氫測試的線性測試范圍為0.044mM-

7、20mM，檢測限為0.03mM，靈敏度為50 mA cm-2M-1。生理濃度的抗壞血酸對測試沒有干擾。 (三)研究了場效應(yīng)器件的表面修飾對其DNA測試性能的影響 1)比較了兩種不同處理方式對EIS型場效應(yīng)DNA生物傳感器測試性能的影響研究表明，采用50％硫酸及甲醇-鹽酸等體積混合液對場效應(yīng)器件進(jìn)行處理，兩種處理方法在器件后續(xù)的硅烷化效果上差別并不明顯，但是在場效應(yīng)特性測試上則有不同。甲醇-鹽酸體系處理對器件測試性能有不利

8、影響。在此基礎(chǔ)上制備的場效應(yīng)DNA傳感器的測試特性表明，采用硫酸處理方法制備的傳感器的測試結(jié)果要優(yōu)于甲醇-鹽酸處理的結(jié)果。 2)采用表面TiO2修飾的光可尋址電位傳感器(LAPS)進(jìn)行非標(biāo)記DNA測試LAPS表面采用TiO2修飾，熒光標(biāo)記表明，通過紫外光照TiO2可以改善表面硅烷化效果，但這種改善需要很好地控制時間條件。該非標(biāo)記測試方法可以對于10μM人工合成的目標(biāo)DNA與固定在器件表面的互補(bǔ)DNA的雜交進(jìn)行檢測。雜交過程可以引