砷化镓近红外光致发光的核酸调控和生物传感研究

发布时间：2017-10-11 18:25

  本文关键词：砷化镓近红外光致发光的核酸调控和生物传感研究

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【摘要】：砷化镓的高电子迁移率和直接带隙结构导致其在近红外波段有着强烈的光致发光(photoluminescence,简称PL)信号,因此对光电器件来说,砷化镓是经常考虑的半导体材料之一。砷化镓的固有发光对其表面的物理和化学状态非常敏感,这一性质提供了其应用在新一代生物传感器开发和生物芯片上的可能性。基于单核苷酸多态的选择性,利用高效近红外检测平台检测特定DNA,对生物医学研究有重要意义。本课题采用砷化镓作为传感平台,并利用金纳米粒子的对砷化镓光致发光的等离子体增强,实现生物标志物如DNA和蛋白质的高灵敏检测。本文的主要内容和研究结果如下：(1)实现并优化了DNA对砷化镓的表面修饰,并实现DNA的近红外光致发光检测。首先研究了巯基修饰DNA与砷化镓的相互作用,并结合荧光显微镜和PL光谱检测验证了DNA对砷化镓的有效表面修饰。并且利用巯基已醇对DNA的取向和覆盖度的调控能力。提高了砷化镓表面修饰DNA的杂交效率。进一步设计和建立了基于砷化镓的DNA近红外光致发光检测,其检测限和灵敏度分别达到0.2nM和294a.u./nM。(对应第2章)(2)系统研究了DNA对纳米金对砷化镓光致发光的调控作用。通过DNA的修饰和杂交,在砷化镓表面获得刚性双链DNA骨架,并以此为支撑吸附金纳米粒子。从而通过调控DNA序列的长度可实现纳米金与砷化镓表面的距离。研究发现,DNA可改变纳米金对砷化镓光致发光的表面等离子增强作用,并且在一定范围内具有DNA长度依赖性,即DNA越短,光致发光增强效果越明显,反之则亦然。并利用金纳米颗粒对光致发光的增强效应进一步提高了DNA检测的灵敏度。(对应第3章)(3)利用纳米金对砷化镓光致发光的增强效应,构建了生物标志物如凝血酶的传感平台,实现了高灵敏的检测。利用纳米金增强砷化镓光致发光的传感平台,结合核酸适配体对蛋白质的特异性结合作用,实现对目标物凝血酶的高灵敏和选择性检测,其检出限低至80 pM。(对应第4章)
【关键词】：砷化镓 表面等离子体 DNA 生物传感 凝血酶
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN304.23;TP212.3
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 1 绪论11-24
• 1.1 引言11-12
• 1.2 砷化镓的近红外光致发光12-14
• 1.2.1 近红外窗口12
• 1.2.2 光致发光12-13
• 1.2.3 砷化镓材料的特性13-14
• 1.3 金属纳米结构的表面等离子体共振效应及荧光增强14-18
• 1.3.1 表面等离子激元的概念与分类14-15
• 1.3.2 金属表面等离子体增强荧光效应及其应用15-18
• 1.4 DNA生物传感器18-20
• 1.4.1 DNA及其基本结构18-19
• 1.4.2 生物传感器19-20
• 1.4.3 DNA生物传感器20
• 1.5 核酸适体20-23
• 1.5.1 核酸适体的特点21-22
• 1.5.2 核酸适体的筛选22
• 1.5.3 核酸适体生物传感器22-23
• 1.6 研究目的和研究内容23-24
• 2 DNA调控砷化镓近红外光致发光及其核酸检测研究24-37
• 2.1 引言24
• 2.2 实验部分24-29
• 2.2.1 化学药品和材料24-25
• 2.2.2 实验仪器25-27
• 2.2.3 GaAs衬底上DNA的固定27
• 2.2.4 检测GaAs衬底上的DNA杂交活性27-28
• 2.2.5 基于砷化镓(100)近红外光致发光的DNA检测28-29
• 2.3 结果与讨论29-35
• 2.3.1 砷化镓的表面修饰及表征29-31
• 2.3.2 基于砷化镓近红外光致发光的DNA检测31-34
• 2.3.3 DNA杂交条件的优化34-35
• 2.4 本章小结35-37
• 3 纳米金增强砷化镓近红外光致发光机制及其核酸检测研究37-56
• 3.1 引言37-38
• 3.2 实验部分38-41
• 3.2.1 化学试剂和材料38
• 3.2.2 实验仪器38-39
• 3.2.3 GaAs衬底上DNA的固定39
• 3.2.4 基于DNA的GaAs-GNPs可调谐等离子体增强效应的研究39
• 3.2.5 基于砷化镓(100)近红外光致发光的DNA检测39-40
• 3.2.6 砷化镓近红外光致发光信号的进一步放大40-41
• 3.3 结果与分析41-54
• 3.3.1 DNA与砷化镓-GNP表面等离子体增强体系的建立41-44
• 3.3.2 DNA长度与砷化镓光致发光表面等离子体增强的关系44-47
• 3.3.3 基于纳米金增强砷化镓近红外光致发光的DNA检测47-51
• 3.3.4 检测限与特异性评价51-53
• 3.3.5 金纳米粒子与GaAs衬底之间的距离的评价53-54
• 3.4 本章小结54-56
• 4 基于核酸适配体和纳米金增强砷化镓近红外光致发光机制的凝血酶检测研究56-63
• 4.1 引言56
• 4.2 实验部分56-59
• 4.2.1 化学试剂和材料56-57
• 4.2.2 实验仪器57
• 4.2.3 GaAs衬底上DNA的固定57
• 4.2.4 GaAs基底上GNPs的附着57-58
• 4.2.5 基于核酸适配体的凝血酶检测58-59
• 4.3 结果与讨论59-62
• 4.3.1 检测极限59-61
• 4.3.2 特异性分析61-62
• 4.4 本章小结62-63
• 5 总结与展望63-65
• 5.1 主要研究结论63-64
• 5.2 主要创新点64
• 5.3 进一步研究展望64-65
• 参考文献65-81
• 作者简历81-82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 漆红兰;李延;李晓霞;张成孝;;适体传感器研究新进展[J];化学传感器;2007年03期

2 童基均,陈裕泉;共轭导电聚合物及其在传感器中的应用[J];传感技术学报;2003年03期

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本文编号：1013988