Fe 3 O 4 纳米颗粒在磁性生物检测和柔性磁电材料中的应用研究
发布时间：2021-10-20 16:15
磁性纳米材料由于具有独特的物理性质,已经成为近年来发展迅猛且极具研究价值的材料之一,在磁传感器、数据存储、生物医学和环境工程等方面具有很大的应用前景。在众多磁性纳米材料中,Fe3O4纳米颗粒具有高磁化强度、较好的磁致伸缩性能、容易进行表面改性和无毒的生物相容性等优点,被广泛应用于上述领域。许多研究者致力于该纳米颗粒的应用研究开发,其中在巨磁阻（GMR）生物检测和柔性磁电复合材料中的应用备受关注。与其他生物传感器相比,GMR生物传感器具有高灵敏度、低噪音、稳定的磁标记、可重复和可量化等优势被广泛用于生物医学领域。GMR生物传感器的原理实际上是对磁性标签所产生的弥散场进行检测,因此,磁性标签的磁性能将直接决定检测的结果。在实际检测中,人们希望传感器能有高的检测精度,这就要求磁性标签材料能够有高的饱和磁化强度、良好的分散性和均匀的粒径分布。目前,科学家们已通过很多方法改善磁性标签性能,但仍有不足,需要开发新型磁性标签满足对超低浓度检测的需要。Fe3O4纳米颗粒除了可以用于磁性生物检测之外,另一重要领域为柔性磁电复合材料。这种材料具有加工性能好和可弯曲等优点,在制备可穿戴器件上有极大的应用潜力...
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３?ＧＭＲ生物传感器工作原理＿?（ａ）将单链探测ＤＮＡ固定在传感器表面，（ｂ）将目??标ＤＮＡ与磁性标签相结合，（ｃ）将含有目标ＤＮＡ的溶液流经传感器表面，（ｄ）在激励磁??
＜?貴岛大学硕士学倥论文???人为设计成自旋阀结构，即在一个铁磁层下面加一个反铁磁层，铁磁屋在反铁磁??层的作用下，磁矩的方向被钉扎在一个固定方向，通过降低多层膜层间交换耦合??来实现低场下相邻铁磁层磁化方向的相对变化［４３＜４４１。??■ｆｌ?ＢＨ??图１．２巨磁阻效应的机理［４５］??传统的ＧＭＲ生物传感器包含三个部分：ＧＭＲ传感芯片、磁性标签和外接??电路。目前，ＧＭＲ传感器在生物化学领域的应用主要是棊于免疫磁珠技术。如??图１．３所示，以检测ＤＮＡ为例，首先将单链探测ＤＮＡ和目标ＤＮＡ分别固定??于ＧＭＲ传感器表面和经过表面改件的磁性标签，然后将目标ＤＮＡ溶液输送到??传感器表面与探测ＤＮＡ相结合，去除没有结合的目标ＤＮＡ。在激励磁场的作??用下，磁性标签产生的弥散场作用在传感器上，使其电阻发生改变。由于外接电??路稳定地给ＧＭＲ传感芯片输入恒定的电流，电阻变化可转化为电压的变化，通??过概量电压的改变暈即可定囊：标定Ｊ标ＤＮＡ的数量或浓度。??Ｍａｇｎｅｔｉｃ?Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ??ｓＰ＝ｒ＃?ｉ?孑?一??｜?Ｔａｒｇｅｔ?ＤＮＡ??Ｓｐｉｎ?Ｖａｌｖｅ，?Ｓｅｎｓｏｒ?ｊ??（ａ）?（ｂ）?．??＞?Ｈａ?Ｉ??ｒ，—－，??Ｉ?＾＂Ｈｐｔｎ?＼?；＜＼ｈ?＾ｅｎｓｏｉ＾?Ｊ?Ｓｐｉ?ｉ＾＾ａｌｖ＾?Ｓｅｎｓｏｒ?ｊ??图１．３?ＧＭＲ生物传感器工作原理＿?（ａ）将单链探测ＤＮＡ固定在传感器表面，（ｂ）将目??标ＤＮＡ与磁性标签相结合，（ｃ）将含有目标ＤＮＡ的溶液流经传感器表面，（ｄ）在激励磁??场的作用下引起磁电阻的变化??７??
＜?貴岛大学硕士学倥论文???．－３１?￣??２?Ｍｏｒｅ?Ｎａｎｏｃｕｂｅｓ?〇??１?Ｒｅｍａｉｎ?Ｂｏｕｎｄ??ｉ２?ａｔａ??２??？ｇ?Ｈｉｇｈｅｒ?Ｃｏｎｔａｃｔ?Ａｒｅａ??■Ｓ?Ｍｏｒｅ?Ｂｏｕｎｄ?Ｎａｎｏｃｕｂｅｓ??■?Ｈｉｇｈｅｒ??〇????１?ｐＮ?Ｆｏｒｃｅ??图１．４表面上存在的纳米颗粒数量的比较网??综上所述，为了提高传感器的检测精度，磁性标签需要有较高的磁化强度和??优良的分散性。除了材料和尺寸大小，形貌也是影响磁化强度重要因素之一。前??期工作ａ经证明特殊形貌的磁性标签具有比球形标签更大的发展潜力，除了纳米??立方体磁性标签之外，棒状形貌磁标签也有很大的应用价值＆与球形Ｆｅ３〇４颗粒??相比，棒状Ｆｅ３０４具有形状各向异性，退磁ＨＴ小，可以产生较强的弥散常另??夕卜，棒状纳米颗粒容易取向或含组装，对提高测量精度有利。Ｈ此，我们期望采??用棒状Ｆｅ３〇４作为磁性标签以提高灵敏度并降低ＧＭＲ生物检测的ＬＯＤ。??１．４磁性纳米颗粒在柔性磁电复合材料中的应用??近几年Ｆｅ３〇４纳米颗粒在可穿戴器件的开发上成为新的研宄热点。Ｆｅ３〇４颗??粒是一种优良的磁致伸缩材料，可以作为磁致伸缩相应用于磁电复合材料，进而??开发新型柔性磁传感器。??１．４．１磁电材料概述??多铁（ＭＦ）材料显亦出铁电、铁磁和铁弹性的共春和稱合，如图１．５所不。??在这类系统中，随着晶格、电荷、自旋和轨道自由度的内在相互作甩，将出现许??多新的量子现象，磁电（ＭＥ）效应便是其中之一＆?ＭＥ效应表现为可以通过外部??磁场来调节磁电材料的铁电极化，电场也可以用来切换磁性状态
【参考文献】：
期刊论文
[1]Recent advances in biological detection with magnetic nanoparticles as a useful tool[J]. Liwei Lu,Xiuyu Wang,Chuanxi Xiong,Li Yao. Science China（Chemistry）. 2015(05)
[2]晶体生长理论研究现状与发展[J]. 郑燕青,施尔畏,李汶军,王步国,胡行方. 无机材料学报. 1999(03)
硕士论文
[1]PVDF基磁电复合材料及其改性机理研究[D]. 包国强.华中科技大学 2015
本文编号：3447216
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３?ＧＭＲ生物传感器工作原理＿?（ａ）将单链探测ＤＮＡ固定在传感器表面，（ｂ）将目??标ＤＮＡ与磁性标签相结合，（ｃ）将含有目标ＤＮＡ的溶液流经传感器表面，（ｄ）在激励磁??
＜?貴岛大学硕士学倥论文???人为设计成自旋阀结构，即在一个铁磁层下面加一个反铁磁层，铁磁屋在反铁磁??层的作用下，磁矩的方向被钉扎在一个固定方向，通过降低多层膜层间交换耦合??来实现低场下相邻铁磁层磁化方向的相对变化［４３＜４４１。??■ｆｌ?ＢＨ??图１．２巨磁阻效应的机理［４５］??传统的ＧＭＲ生物传感器包含三个部分：ＧＭＲ传感芯片、磁性标签和外接??电路。目前，ＧＭＲ传感器在生物化学领域的应用主要是棊于免疫磁珠技术。如??图１．３所示，以检测ＤＮＡ为例，首先将单链探测ＤＮＡ和目标ＤＮＡ分别固定??于ＧＭＲ传感器表面和经过表面改件的磁性标签，然后将目标ＤＮＡ溶液输送到??传感器表面与探测ＤＮＡ相结合，去除没有结合的目标ＤＮＡ。在激励磁场的作??用下，磁性标签产生的弥散场作用在传感器上，使其电阻发生改变。由于外接电??路稳定地给ＧＭＲ传感芯片输入恒定的电流，电阻变化可转化为电压的变化，通??过概量电压的改变暈即可定囊：标定Ｊ标ＤＮＡ的数量或浓度。??Ｍａｇｎｅｔｉｃ?Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ??ｓＰ＝ｒ＃?ｉ?孑?一??｜?Ｔａｒｇｅｔ?ＤＮＡ??Ｓｐｉｎ?Ｖａｌｖｅ，?Ｓｅｎｓｏｒ?ｊ??（ａ）?（ｂ）?．??＞?Ｈａ?Ｉ??ｒ，—－，??Ｉ?＾＂Ｈｐｔｎ?＼?；＜＼ｈ?＾ｅｎｓｏｉ＾?Ｊ?Ｓｐｉ?ｉ＾＾ａｌｖ＾?Ｓｅｎｓｏｒ?ｊ??图１．３?ＧＭＲ生物传感器工作原理＿?（ａ）将单链探测ＤＮＡ固定在传感器表面，（ｂ）将目??标ＤＮＡ与磁性标签相结合，（ｃ）将含有目标ＤＮＡ的溶液流经传感器表面，（ｄ）在激励磁??场的作用下引起磁电阻的变化??７??
＜?貴岛大学硕士学倥论文???．－３１?￣??２?Ｍｏｒｅ?Ｎａｎｏｃｕｂｅｓ?〇??１?Ｒｅｍａｉｎ?Ｂｏｕｎｄ??ｉ２?ａｔａ??２??？ｇ?Ｈｉｇｈｅｒ?Ｃｏｎｔａｃｔ?Ａｒｅａ??■Ｓ?Ｍｏｒｅ?Ｂｏｕｎｄ?Ｎａｎｏｃｕｂｅｓ??■?Ｈｉｇｈｅｒ??〇????１?ｐＮ?Ｆｏｒｃｅ??图１．４表面上存在的纳米颗粒数量的比较网??综上所述，为了提高传感器的检测精度，磁性标签需要有较高的磁化强度和??优良的分散性。除了材料和尺寸大小，形貌也是影响磁化强度重要因素之一。前??期工作ａ经证明特殊形貌的磁性标签具有比球形标签更大的发展潜力，除了纳米??立方体磁性标签之外，棒状形貌磁标签也有很大的应用价值＆与球形Ｆｅ３〇４颗粒??相比，棒状Ｆｅ３０４具有形状各向异性，退磁ＨＴ小，可以产生较强的弥散常另??夕卜，棒状纳米颗粒容易取向或含组装，对提高测量精度有利。Ｈ此，我们期望采??用棒状Ｆｅ３〇４作为磁性标签以提高灵敏度并降低ＧＭＲ生物检测的ＬＯＤ。??１．４磁性纳米颗粒在柔性磁电复合材料中的应用??近几年Ｆｅ３〇４纳米颗粒在可穿戴器件的开发上成为新的研宄热点。Ｆｅ３〇４颗??粒是一种优良的磁致伸缩材料，可以作为磁致伸缩相应用于磁电复合材料，进而??开发新型柔性磁传感器。??１．４．１磁电材料概述??多铁（ＭＦ）材料显亦出铁电、铁磁和铁弹性的共春和稱合，如图１．５所不。??在这类系统中，随着晶格、电荷、自旋和轨道自由度的内在相互作甩，将出现许??多新的量子现象，磁电（ＭＥ）效应便是其中之一＆?ＭＥ效应表现为可以通过外部??磁场来调节磁电材料的铁电极化，电场也可以用来切换磁性状态
【参考文献】：
期刊论文
[1]Recent advances in biological detection with magnetic nanoparticles as a useful tool[J]. Liwei Lu,Xiuyu Wang,Chuanxi Xiong,Li Yao. Science China（Chemistry）. 2015(05)
[2]晶体生长理论研究现状与发展[J]. 郑燕青,施尔畏,李汶军,王步国,胡行方. 无机材料学报. 1999(03)
硕士论文
[1]PVDF基磁电复合材料及其改性机理研究[D]. 包国强.华中科技大学 2015
本文编号：3447216
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3447216.html
