基于功能核酸和SECs材料构筑的液晶传感平台及其应用
发布时间：2021-04-18 04:26
液晶传感器主要是基于液晶分子的表面敏感性、长程有序性以及光学各向异性而发展起来,目标物在液晶界面上所引起的化学或生物信号的变化能够被放大和转换成为肉眼可见的光学信号,从而达到检测目标物的目的。作为近年来兴起的一种极富潜力的新型分析工具,液晶传感器具有构造简单、成本低廉、便于携带、非标记和无需大型仪器等优势,因此在生物分析、疾病诊断和环境监测等领域中展现了良好的应用前景。但是目前依然存在检测小分子灵敏度较低、受基质效应影响较大以及无法同时检测多种物质等问题。鉴于此,本论文将功能核酸和纳米材料分别与液晶相结合,构建了液晶传感平台并研究了其应用及传感机理。论文主要包括以下五章内容:第一章介绍了液晶传感器、功能核酸尤其是适配体以及表面活性剂包覆的簇材料的相关背景知识,综述了它们在生物分析领域中的国内外研究现状,在此基础之上,提出了论文的选题依据和研究思路。第二章构筑了一种基于纳米氧化铈的液晶传感平台,应用于高灵敏的快速定量检测双氧水和血糖。吸附在纳米氧化铈表面上的单链DNA,在双氧水存在的条件下会解吸附到溶液体相中,从而扰动水/液晶界面上的阳离子表面活性剂单层膜。导致液晶分子在界面上的取向由竖...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：210 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１?Ｍｉｃｈｅｌ－Ｌｅｖｙ颜色图
隙而展现出不同的颜色。??向列相液晶由棒状分子构成，分子之间依靠范德华作用力组成长程有序而短??程无序的聚集体。由于范德华作用力属于弱相互作用力，向列相分子具有良好的??移动性，能够左右、上下、前后滑动，因此向列相液晶分子的排列并不是严格意??义上的层状结构（图ｌ－２ｃ），从而导致向列相液晶只存在取向有序性而不存在位??置有序性。也正是由于这一有趣的特性，它对外场变化十分的敏感。而分子排列??方向又影响着液晶的光学形貌，这也是构筑液晶面板和液晶传感器的基矗??ＨＨＮＮ?Ｍｂ??图１－２不同液晶的分子排列：（ａ）近晶相、（ｂ）胆甾相和（ｃ）向列相??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｔｈｅ?ｍｏｌｅｃｕｌａｒ?ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｌｉｑｕｉｄ?ｃｒｙｓｔａｌｓ．??（ａ）?ｓｍｅｃｔｉｃ?ｐｈａｓｅ，?（ｂ）?ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ?ｐｈａｓｅ?ａｎｄ?（ｃ）?ｎｅｍａｔｉｃ?ｐｈａｓｅ．??在偏光显微镜下，向列相液晶主要呈现三种织构，即丝状（ｔｈｒｅａｄ－ｌｉｋｅ）、??球状（ｓｐｈｅｒｅ－ｌｉｋｅ）和纹影（ｓｃｈｌｉｅｒｅｎ）织构。丝状织构（图ｌ－３ａ）是液晶发生“向??错”的光学形貌表现形式。所谓向错是指液晶有序性中的缺陷，即不是所有液晶??分子都具有相同的方向指向性，它们在某一区域具有一致的方向指向，而在另一??区域则有另一种不同的方向指向，在这两个区域的交界则会发生取向的突变产生??无特定指向的缺陷。球状织构（图ｌ－３ｂ）是液晶液滴常见的光学织构，另外在液??晶温度由清亮点逐渐往下降低的过程中会产生球状粒子，因此也会产生该织构。??纹影织构（图ｌ－３ｃ）通常出现在液晶层厚度较薄的样品中，典型特
?山东大学博士学位论Ｉ???ａｍ??图１－３向列相液晶的典型光学织构：（ａ）丝状２、（ｂ）球状和（ｃ）纹影织构??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｔｈｅ?ｔｙｐｉｃａｌ?ｏｐｔｉｃａｌ?ｔｅｘｔｕｒｅ?ｏｆ?ｎｅｍａｔｉｃ?ｌｉｑｕｉｄ?ｃｒｙｓｔａｌｓ．??（ａ）?ｔｈｒｅａｄ－ｌｉｋｅ２，?（ｂ）?ｓｐｈｅｒｅ－ｌｉｋｅ?（ｃ）?ｓｃｈｌｉｅｒｅｎ．??１．１．２液晶生物传感器的分类??上面介绍了不同方向角度的入射光线在经过液晶之后的不同。相仿的，??当光线固定时，液晶分子排列变化导致光轴变化同样也会引发变化，从而得??到不同的光学形貌。这一点，从Ｍｉｃｈｅｌ－Ｌｅｖｙ图（图１－１）中也可看出，当固定??液晶厚度时，不同对应着不同的光程差和液晶形貌。而《ｅｆｆ受液晶分子取向的??影响，通常液晶薄膜具有上下两个界面，当液晶薄膜的一端受到强取向能影响，??液晶分子采取竖直取向时，即汍＝０时，光程差Ａｒ可近似的由下式求得??Ａｒ＾Ｊ［?，?ｎ〇ｎｇ?－ｎｊｄｚ?（２）??。Ｊｎ０２ｓｉｎ２（音?＜９２）?＋?ｎ：ｃｏｓ２（＾＾２）??其中（ｋ是积分变量，Ａ?？。和Ｈｅ的数值恒定，因此Ａｒ?（决定了液晶的光学形貌）??只与込有关。可以影响界面上液晶分子取向的因素较多，例如分子吸附、拓扑形??貌变化等，这些因素可调可控，因此可以通过与目标物相关的外部刺激来影响液??晶分子的排列，继而导致光轴发生变化，从而输出不同的光学形貌实现对目标物??的检测。但需要注意的是，由于受到液晶弹性能的影响，液晶光学形貌的变化过??程可能不是连续的从明到暗，中间会出现相分离状态３。欲调控液晶的界面分子??排列，首先要构筑一个液晶界面，目前可
本文编号：3144799
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：210 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１?Ｍｉｃｈｅｌ－Ｌｅｖｙ颜色图
隙而展现出不同的颜色。??向列相液晶由棒状分子构成，分子之间依靠范德华作用力组成长程有序而短??程无序的聚集体。由于范德华作用力属于弱相互作用力，向列相分子具有良好的??移动性，能够左右、上下、前后滑动，因此向列相液晶分子的排列并不是严格意??义上的层状结构（图ｌ－２ｃ），从而导致向列相液晶只存在取向有序性而不存在位??置有序性。也正是由于这一有趣的特性，它对外场变化十分的敏感。而分子排列??方向又影响着液晶的光学形貌，这也是构筑液晶面板和液晶传感器的基矗??ＨＨＮＮ?Ｍｂ??图１－２不同液晶的分子排列：（ａ）近晶相、（ｂ）胆甾相和（ｃ）向列相??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｔｈｅ?ｍｏｌｅｃｕｌａｒ?ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｌｉｑｕｉｄ?ｃｒｙｓｔａｌｓ．??（ａ）?ｓｍｅｃｔｉｃ?ｐｈａｓｅ，?（ｂ）?ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ?ｐｈａｓｅ?ａｎｄ?（ｃ）?ｎｅｍａｔｉｃ?ｐｈａｓｅ．??在偏光显微镜下，向列相液晶主要呈现三种织构，即丝状（ｔｈｒｅａｄ－ｌｉｋｅ）、??球状（ｓｐｈｅｒｅ－ｌｉｋｅ）和纹影（ｓｃｈｌｉｅｒｅｎ）织构。丝状织构（图ｌ－３ａ）是液晶发生“向??错”的光学形貌表现形式。所谓向错是指液晶有序性中的缺陷，即不是所有液晶??分子都具有相同的方向指向性，它们在某一区域具有一致的方向指向，而在另一??区域则有另一种不同的方向指向，在这两个区域的交界则会发生取向的突变产生??无特定指向的缺陷。球状织构（图ｌ－３ｂ）是液晶液滴常见的光学织构，另外在液??晶温度由清亮点逐渐往下降低的过程中会产生球状粒子，因此也会产生该织构。??纹影织构（图ｌ－３ｃ）通常出现在液晶层厚度较薄的样品中，典型特
?山东大学博士学位论Ｉ???ａｍ??图１－３向列相液晶的典型光学织构：（ａ）丝状２、（ｂ）球状和（ｃ）纹影织构??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｔｈｅ?ｔｙｐｉｃａｌ?ｏｐｔｉｃａｌ?ｔｅｘｔｕｒｅ?ｏｆ?ｎｅｍａｔｉｃ?ｌｉｑｕｉｄ?ｃｒｙｓｔａｌｓ．??（ａ）?ｔｈｒｅａｄ－ｌｉｋｅ２，?（ｂ）?ｓｐｈｅｒｅ－ｌｉｋｅ?（ｃ）?ｓｃｈｌｉｅｒｅｎ．??１．１．２液晶生物传感器的分类??上面介绍了不同方向角度的入射光线在经过液晶之后的不同。相仿的，??当光线固定时，液晶分子排列变化导致光轴变化同样也会引发变化，从而得??到不同的光学形貌。这一点，从Ｍｉｃｈｅｌ－Ｌｅｖｙ图（图１－１）中也可看出，当固定??液晶厚度时，不同对应着不同的光程差和液晶形貌。而《ｅｆｆ受液晶分子取向的??影响，通常液晶薄膜具有上下两个界面，当液晶薄膜的一端受到强取向能影响，??液晶分子采取竖直取向时，即汍＝０时，光程差Ａｒ可近似的由下式求得??Ａｒ＾Ｊ［?，?ｎ〇ｎｇ?－ｎｊｄｚ?（２）??。Ｊｎ０２ｓｉｎ２（音?＜９２）?＋?ｎ：ｃｏｓ２（＾＾２）??其中（ｋ是积分变量，Ａ?？。和Ｈｅ的数值恒定，因此Ａｒ?（决定了液晶的光学形貌）??只与込有关。可以影响界面上液晶分子取向的因素较多，例如分子吸附、拓扑形??貌变化等，这些因素可调可控，因此可以通过与目标物相关的外部刺激来影响液??晶分子的排列，继而导致光轴发生变化，从而输出不同的光学形貌实现对目标物??的检测。但需要注意的是，由于受到液晶弹性能的影响，液晶光学形貌的变化过??程可能不是连续的从明到暗，中间会出现相分离状态３。欲调控液晶的界面分子??排列，首先要构筑一个液晶界面，目前可
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