掃描電化學顯微術構建金和辣根過氧化物酶微圖形.pdf

1、第一章主要對掃描電化學顯微術(SECM)在以下幾方面的研究進展作了較詳細的綜述。1.SECM探頭的研制，包括亞微米和納米電極，化學修飾電極和生物傳感器，微、納米管在SECM中的應用情況。2.生物大分子的SECM檢測，包括SECM對酶，抗原抗體復合物和DNA的研究。3.SECM在表面微修飾和加工方面的應用，包括用于金屬、金屬化合物和聚合物的沉積，對不同材料基底的刻蝕與表面微修飾，以及進行生物圖案的構建。4.SECM對細胞的研究。5.SEC

2、M與其它技術的結合。本章共引用文獻140篇。 第二章研究了兩種SECM沉積金的新方法。一種方法是使用SECM“直接模式”沉積Au。直接使用NaAuCl<,4>溶液，以碳纖維微米探頭作為對電極，半導體硅片作為工作電極。利用微米尺寸的對電極將電流限制在硅基底上很小的位置，從而使Au在基底上選擇性沉積，得到Au的圖形。用SECM收集模式對其表征得到了SECM圖像，并用掃描電子顯微鏡(SEM)證明圖形的實際直徑約為20um。通過對探頭和

3、基底的改進，解決了SECM直接模式所存在的探頭的溶解和產生大量氣泡的兩個主要問題。另一種方法是將基底(Si)的刻蝕與金屬物質(Au)的沉積相結合，使二者同時進行，制作出了與基底結合牢固的．Au的微米圖形。這一方法的原理是利用探頭上產生的H<'+>使其附近溶液pH降低，從而引發(fā)基底上的化學反應。在底部固定有Si基底的電解池中加入KAu(CN)<,2>、KF和NaNO<,2>的混和液，然后在SECM探頭上加正電位使NO<,2><'->被氧化

4、成NO<,3><'->，同時H<,2>O釋放出H<'+>。H<'+>累積到一定程度使探頭附近溶液達到合適的pH時，引發(fā)以下反應：Si被F<'->氧化生成SiF<,6><'2->，基底Si被刻蝕；同時Au(CN)<,2><'->被還原成Au，Au就沉積在Si基底的凹坑內。討論了各種因素，如溶液：pH，KAu(CN)<,2>、KF和NaNO<,2>的濃度對Au沉積的影響。用此方法制作了金的微米陣列和微米線，并用SECM收集模式表征出金陣列的

5、SECM圖像，其中每個金點的SECM圖像直徑約50 um，實際直徑約8.3um。 第三章利用SECM“微試劑模式”構建辣根過氧化物酶(HRP)的微米圖形。通過實驗發(fā)現(xiàn)文獻報道的HBrO使酶失活的方法不能用于構建有活性的酶圖形，所以研究出了一種使酶失活速度慢的能夠用于構建保持生物活性HRP微米圖案的方法，即利用SECM探頭上產生的OH<'->使固定在基底上的HRP局部位置失活，從而構建失活的和保持生物活性的HRP微米圖案。利用生物

6、素和鏈霉親和素間的特異性結合將HRP固定在聚苯乙烯基底上，以玻璃管和環(huán)氧樹脂絕緣的直徑7 um碳纖維微米電極作SECM探頭，在pH=8.0的KCl和BQ溶液中保持探頭和基底距離2um，恒定探頭電位-1.7 V(vs Ag/AgCl)使HRP局部位置失活。然后用SECM反饋模式表征出構建的HRP圖形：在含有BQ和H202的溶液中，探頭上所加的電位使溶液中的BQ被還原生成H<,2>Q，H<,2>Q擴散到有活性的HRP上方時，H<,2>Q在H

7、RP的催化下與H<,2>O<,2>反應又生成BQ，從而產生正反饋電流；探頭在失活的HRP上方時，擴散到基底的H<,2>Q無法進一步生成BQ，基底阻礙BQ向探頭的擴散，探頭電流表現(xiàn)為負反饋。根據探頭從有活性的HRP上方移至失活的HRP上方時，電流降低的原理，得到了直徑約15-20 um的失活HRP微米陣列、直線，是探頭直徑(7 um)的約2-3倍，從而證明了本文研究的探頭產物OH<'->比目前文獻報道的HBrO使酶失活的速度慢，得到的失活

8、圖形窄，能夠用于構建具有生物活性的酶圖形。然后構建且表征出有生物活性的直徑～20 um的HRP直線，實際寬度～4.6 um。本章還利用SECM的一種可以自動構建圖案的技術一“Surface Patterned Conditioning”，構建了失活的HRP文字圖形“H”和直徑約15 um的HRP活性點，活性點的實際直徑～3.5 um。 第四章首先以一種新方法使完全絕緣的碳纖維納米電極暴露出電極尖端的活性表面：將完全絕緣的尖端已刻

9、蝕成錐形的納米電極作為SECM探頭，加+2.5 V電位，利用SECM精確控制探頭移動，將探頭由空氣中緩慢地向電解池中的NaOH溶液逼近，當探頭與溶液接觸時停止移動，探頭與溶液間產生的瞬間電流能去除探頭最尖端的絕緣層，隨后由于H<,2>O的電解在暴露出的探頭表面產生氣泡，這樣浸入溶液的探頭表面絕緣層進一步脫落。通過此方法制作了半徑3-500 nm的碳纖維納米電極，成功率為100％。碳纖維納米電極在K<,3>Fe(CN)<,6>溶液中的循環(huán)

10、伏安特性良好，氧化電流和還原電流均呈S形，且基本重合，說明納米電極的內阻不大；作為SECM探頭時的校正探頭電流一距離曲線與理論曲線能夠很好的擬合。然后將半徑334-375 nm的碳纖維納米電極作為SECM探頭構建并且表征各種失活和有活性的HRP圖案。在包含KBr和BQ的磷酸緩沖溶液中，碳纖維納米探頭上加+1.7 V電位，溶液中的Br<'->在探頭上被氧化生成Br<,2>，Br<,2>與水反應生成的HOBr具有強氧化性，能夠使探頭下方的H

11、RP失活。利用HBrO能使HRP失活的原理，得到最窄的失活HRP區(qū)域的實際寬度約0.74 um，活性HRP直線的實際寬度約1.2 um。這是首次將納米電極應用于SECM的微加工和構建領域。 第五章首先利用自制的碳纖維凹形微米電極研究了一種可以用于計算任意孔深度、任意內外孔半徑的凹形電極的孔體積和外孔半徑的方法。然后研制了一種獨特的凹形碳纖維納米電極。把用苯酚和2-烯丙基苯酚電聚合方法完全絕緣的碳纖維柱狀電極切斷，制成碳纖維圓盤微

12、電極。再在碳纖維圓盤微電極上粘附直徑6-8 nm的C0304納米顆粒。再把粘有Co<,3>O<,4>顆粒的圓盤電極進一步絕緣，在電極恰好完全絕緣后，用HCl去除未被絕緣層包裹的Co<,3>O<,4>顆粒。這樣制成的碳纖維凹形納米電極在K<,3>Fe(CN)<,6>溶液中的循環(huán)伏安特性良好。通過SECM探頭逼近曲線和掃描電子顯微鏡圖像證明電極為凹形，并計算出電極的內、外孔半徑和孔體積。碳纖維凹形納米電極具有以下特點：(1)K<,3>Fe(