面向生物传感的管状多级结构金属微纳米马达的研究

发布时间：2020-04-20 21:07

【摘要】：生物检测技术的长期发展应用对于检测的灵敏度度和准确度提出了越来越高的要求,所以如何实现超高灵敏度的目标分子痕量检测技术,成为了生物检测技术研究的一个重要方向。表面增强拉曼散射光谱(Surface-enhanced Raman Scattering,SERS)利用特定材料的SERS效应来实现对生物目标分子的检测。虽然其具有较高的灵敏度,但在实际应用中,其灵敏度和准确度有待进一步的提高。所以,对于进一步提高SERS的检测灵敏度与准确度是该领域研究的重点方向。面向SERS在生物检测技术中的应用,最近的研究表明:微纳米马达可以实现在自驱动的过程中对目标分子的有效收集,以进一步提高SERS的灵敏度。基于该研究,本文将主要实现一个简易的、低成本的且多功能的多级结构微纳米马达的构筑,该微纳米马达预计可实现目标分子的自收集,并通过其表面集成的具有SERS特性的阵列,将收集到的目标分子的拉曼信号进行放大,以进一步地提高SERS灵敏度。本文的特色在于微纳米马达的制备方法,以及多级结构的构筑方法。我们成功实现了不需要借助牺牲层来实现微纳米马达的自卷曲和多级结构的构筑。该方法极大地简化了微纳米马达的制备步骤,并且可以尽量减小在去除牺牲层的时候对微纳米马达的结构和功能破坏的可能。所以论文主要涉及的工作如下:1.利用阳极氧化技术制备阳极氧化铝模板,结合纳米压印技术,制备出具有周期性纳米阵列的铝基底。并且通过改变阳极氧化铝模板的阳极氧化条件以及压印时阳极氧化铝模板的状态,实现对基底上周期性纳米阵列的调控。2.运用纳米卷曲技术和微米孔状蒙板,在预设有纳米结构的铝基底上制备出管状多级结构金属微纳米马达。3.通过对阳极氧化铝模板的氧化参数,以及压印时的参数进行调控,可获得具有不同结构、不同深度纳米结构的铝基底,从而可以达到调控金属多级结构管状微纳米马达表面形貌的目的。4.通过改变功能层沉积的厚度,以及蒙板的微米孔尺寸,实现对管状多级结构金属微纳米马达直径以及长度的调控。
【图文】：

纳米薄膜,应力作用,牺牲层,功能层

1-1（A）普通 A4 纸在外力作用下卷曲成为管状结构; （B）纳米薄膜在内应力作用下卷成为管状结构。008 年时候，梅永丰等人使用聚合物作为牺牲层，发展出了一套成熟的卷曲纳米薄膜技术，术制备出了基于管状结构的微型马达（微型喷气发动机）[19]。这些结构基于预应力纳米薄，[9]从而能够以确定性的方式制造管状结构，同时这些材料在设计和组成方面显示出非凡。原则上，任何类型只要是可以进行光刻的衬底（图 1-2A）都适用于该技术。具体过程为牲层上预设图案之后，再以一定的倾斜角度来蒸发源材料，沉积在拥有牺牲层的基底上形同时产生没有材料沉积的阴影部分。该部分提供了用于提供牺牲层的选择性蚀刻的间隙。由含有压缩应变（黄色，图 1-2B）的第一沉积层和具有拉伸应变（蓝色，图 1-2B）的上层部应变的差异组成。蚀刻牺牲层释放多个功能层且允许晶格重新排列，由此上层收缩同时发生卷曲（图 1-2B）。当然，我们可以通过调整沉积角度，厚度和温度等参数来制备直径 1mm 至 30mm 的 MNMs[20]。如图 1-2C 所示，多个功能层可以构成卷起的 MNMs，并且还其他的牺牲层来形成紧凑的管状器件，这些管状器件能够将不同的功能集成到单个 MNM水溶性牺牲层的使用是一项值得在未来被深入研究的方向，例如微生物与生物分子的功能

原理图,纳米技术,原理图

曲纳米技术制备卷曲 MNMs 的原理图。 A）在基板预设图案化的牺牲层，然属，，这为确定性卷曲创造了一个预设方向[31]。B）卷曲纳米技术制备的双层卷C）卷曲纳米技术制备的多层卷曲 MNMs[33,34]。D）固定在基底上的氧化物 M的方法，可以很轻易地在牺牲层上将无机纳米薄膜卷曲为管状结构。需要注气相沉积（PVD）工艺来说，两个参数对微米管的形成最为关键，第一个是是材料的沉积速率。改变材料的沉积速率会直接影响材料的管状直径，进而里，微米管的直径能够很轻易地被纳米薄膜的厚度以及薄膜沉积过程的参数进米马达卷曲技术的应用薄膜自卷曲技术制备获得的MNMs因其简便的制备方法以及优秀的物理化学学、生物学等领域有广阔的应用前景。这种 MNMs 从外界获取能量，实现了自然界中的生物运动。近几年卷曲微 MNMs 应用于化学[35,36]、生物医药[37]、获得了显著的研究成果。[40]
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1

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