金纳米棒生物传感微阵列的制造及性能研究
发布时间：2021-07-23 16:10
生物传感微阵列具有检测通量大、所需样品体积小,可同时检测多种物质等特点而逐渐成为研究热点,金纳米棒具有各向异性可调的光学性质和独特的表面等离子体共振模式,将金纳米棒作为传感元件构建生物传感阵列可以实现高选择性、高灵敏度并且能达到较低的检测极限。目前用金纳米棒构建生物传感阵列还存在无法精确控制金纳米棒位置、无法精确控制金纳米棒间的排列方式和难以形成大面积结构完整均一的阵列等问题,针对此本课题开展了金纳米棒生物传感微阵列的制造及其性能的研究。主要研究内容和研究成果如下:提出了一种新的栅式金纳米棒自组装微阵列的制造方法,使用微纳米加工技术制造表面具有微米结构的模板,将模板辅助法与毛细力自组装技术结合制造出了大面积规则排列的栅式金纳米棒自组装微阵列;通过调控金纳米棒的长径比、浓度、表面性质以及组装环境的湿度等条件进一步明确了各因素对金纳米棒自组装结构的影响,为制造规则排列的金纳米棒自组装结构提供了一种有效的方法。提出了一种新的孔式金纳米棒自组装微阵列的制造方法,用润湿性差异化界面处理方法在玻璃表面制造出了微米级别的亲水阵列,然后用溶剂挥发法使金纳米棒选择性自组装在玻璃表面的亲水阵列上;通过调控...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
常见的生物分子检测信号转换类型
天津大学硕士学位论文41.2.1金纳米棒特性金纳米棒具有SPR特性，在存在震荡的电磁场的环境下，金纳米棒导带电子的振动会与光的频率产生共振，由于金纳米棒有轴向和径向两个维度，因此具有两个SPR震荡带，如图1-2所示，一个是沿着金纳米棒径向的电子震荡，称为横向SPR(TSPR)，如图(a)所示；一个是沿着金纳米棒轴向的电子震荡，称为纵向SPR(LSPR)，如图(b)所示。SPR导致强烈的消光现象，通过紫外-可见光谱可以检测出来。金纳米棒的吸收光谱如图(c)所示，其中吸收光谱的前一个峰对应TSPR，后一个峰对应LSPR，TSPR与长径比无关，强度较小，TSPR吸收峰在可见光区内；金纳米棒的LSPR与长径比密切相关，强度较大，通过调控金纳米棒的长径比，LSPR吸收峰在可见光区到近红外区移动[43]。LSPR对周围介质的介电常数非常敏感，表现为LSPR吸收峰会随着周围介质的折射率变化而变化，这也是金纳米棒用于传感的基矗图1-2金纳米棒的SPR特性。(a)TSRP特性示意图；(b)LSPR特性示意图；(c)由SPR引起的光谱吸收现象。金纳米棒具有独特的光散射性质，具体可以分为暗场散射特性和SERS特性。暗场散射是在暗场环境中，金纳米棒吸收光并产生较强的散射，散射光的强度和颜色与金纳米棒的长径比直接相关。一般情况下，金纳米棒长径比越大，散射光的强度越强，长径比越小，散射光强度越小；金纳米棒长径比较大时，散射光的颜色是红色或者橙色，金纳米棒的长径比较小时，散射光的颜色是黄色或者绿色，因而可以将金纳米棒作为光散射探针。SERS特性是当有拉曼活性的物质吸附到金纳米棒表面时会使拉曼散射信号有极高的增强因而便于检测，通常认为信号增强是由化学增强和电磁增强两种作用造成，化学增强是由待测分子与金纳米棒表面原子级别的粗糙度导致的电子共振-电荷转?
第2章金纳米棒合成152.4金纳米棒合成结果与分析2.4.1单一长径比的金纳米棒合成的金纳米棒质量的好坏对其组装结果有着重要的影响，若制备的金纳米棒杂质多、单分散性差、尺寸分布不均一，后续实验很难得到金纳米棒的规整阵列，因此需制备出质量高的金纳米棒[53]。如图2-1所示是利用双表面活性剂晶种生长法制备的金纳米棒的紫外-可见光吸收光谱和SEM照片，其中图2-1(a)是紫外-可见光吸收光谱，从该图中可以看到合成的金纳米棒有两个吸收峰，TSPR吸收峰在510nm，LSPR吸收峰在751nm，由此说明利用该方法成功合成出金纳米棒；计算LSPR吸收峰可得半高峰宽是85nm，较小的半高峰宽说明了合成的金纳米棒尺寸均一，单分散性好；TSPR吸收峰的峰值很小，约等于LSPR吸收峰峰值的1/4，说明该方法合成的金纳米棒纯度很高。图2-1晶种生长法合成的金纳米棒的紫外-可见光吸收光谱和SEM照片。(a)金纳米棒的紫外-可见光吸收光谱，TSPR吸收峰510nm，LSPR吸收峰751nm；(b)金纳米棒的SEM照片；(c)相同参数不同批次合成的金纳米棒的紫外-可见光吸收光谱；(d)金纳米棒长度宽度和长径比统计结果。图2-1(b)是金纳米棒的SEM照片，SEM照片更加直观地展示了合成的金纳米棒的纯度、形状和尺寸。通过该照片可以看出合成的金纳米棒中没有球形纳米粒子，金纳米棒纯度较高，且合成的金纳米棒的尺寸基本一致、单分散性好。为了验证该方法的重复性，采用相同的操作过程分2个批次合成了金纳米棒，图2-1(c)是两次实验合成的金纳米棒的紫外-可见光吸收光谱，对比2个批次金纳米
本文编号：3299613
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
常见的生物分子检测信号转换类型
天津大学硕士学位论文41.2.1金纳米棒特性金纳米棒具有SPR特性，在存在震荡的电磁场的环境下，金纳米棒导带电子的振动会与光的频率产生共振，由于金纳米棒有轴向和径向两个维度，因此具有两个SPR震荡带，如图1-2所示，一个是沿着金纳米棒径向的电子震荡，称为横向SPR(TSPR)，如图(a)所示；一个是沿着金纳米棒轴向的电子震荡，称为纵向SPR(LSPR)，如图(b)所示。SPR导致强烈的消光现象，通过紫外-可见光谱可以检测出来。金纳米棒的吸收光谱如图(c)所示，其中吸收光谱的前一个峰对应TSPR，后一个峰对应LSPR，TSPR与长径比无关，强度较小，TSPR吸收峰在可见光区内；金纳米棒的LSPR与长径比密切相关，强度较大，通过调控金纳米棒的长径比，LSPR吸收峰在可见光区到近红外区移动[43]。LSPR对周围介质的介电常数非常敏感，表现为LSPR吸收峰会随着周围介质的折射率变化而变化，这也是金纳米棒用于传感的基矗图1-2金纳米棒的SPR特性。(a)TSRP特性示意图；(b)LSPR特性示意图；(c)由SPR引起的光谱吸收现象。金纳米棒具有独特的光散射性质，具体可以分为暗场散射特性和SERS特性。暗场散射是在暗场环境中，金纳米棒吸收光并产生较强的散射，散射光的强度和颜色与金纳米棒的长径比直接相关。一般情况下，金纳米棒长径比越大，散射光的强度越强，长径比越小，散射光强度越小；金纳米棒长径比较大时，散射光的颜色是红色或者橙色，金纳米棒的长径比较小时，散射光的颜色是黄色或者绿色，因而可以将金纳米棒作为光散射探针。SERS特性是当有拉曼活性的物质吸附到金纳米棒表面时会使拉曼散射信号有极高的增强因而便于检测，通常认为信号增强是由化学增强和电磁增强两种作用造成，化学增强是由待测分子与金纳米棒表面原子级别的粗糙度导致的电子共振-电荷转?
第2章金纳米棒合成152.4金纳米棒合成结果与分析2.4.1单一长径比的金纳米棒合成的金纳米棒质量的好坏对其组装结果有着重要的影响，若制备的金纳米棒杂质多、单分散性差、尺寸分布不均一，后续实验很难得到金纳米棒的规整阵列，因此需制备出质量高的金纳米棒[53]。如图2-1所示是利用双表面活性剂晶种生长法制备的金纳米棒的紫外-可见光吸收光谱和SEM照片，其中图2-1(a)是紫外-可见光吸收光谱，从该图中可以看到合成的金纳米棒有两个吸收峰，TSPR吸收峰在510nm，LSPR吸收峰在751nm，由此说明利用该方法成功合成出金纳米棒；计算LSPR吸收峰可得半高峰宽是85nm，较小的半高峰宽说明了合成的金纳米棒尺寸均一，单分散性好；TSPR吸收峰的峰值很小，约等于LSPR吸收峰峰值的1/4，说明该方法合成的金纳米棒纯度很高。图2-1晶种生长法合成的金纳米棒的紫外-可见光吸收光谱和SEM照片。(a)金纳米棒的紫外-可见光吸收光谱，TSPR吸收峰510nm，LSPR吸收峰751nm；(b)金纳米棒的SEM照片；(c)相同参数不同批次合成的金纳米棒的紫外-可见光吸收光谱；(d)金纳米棒长度宽度和长径比统计结果。图2-1(b)是金纳米棒的SEM照片，SEM照片更加直观地展示了合成的金纳米棒的纯度、形状和尺寸。通过该照片可以看出合成的金纳米棒中没有球形纳米粒子，金纳米棒纯度较高，且合成的金纳米棒的尺寸基本一致、单分散性好。为了验证该方法的重复性，采用相同的操作过程分2个批次合成了金纳米棒，图2-1(c)是两次实验合成的金纳米棒的紫外-可见光吸收光谱，对比2个批次金纳米
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