基于微腔结构的多孔硅生物传感器的光学特性及其检测技术的研究
发布时间：2022-02-17 23:09
近些年来,光学生物传感器已经被广泛地应用于食品工业、环境监测、发酵工业、军事、医学方面等。免标记、灵敏度高、响应快、实时性好、可遥控、便携、无电磁干扰和安全性高是现代光学生物传感器的特点,也是实验室研究和商业应用所追求的目标。多孔硅由于其巨大的比表面积、良好的生物兼容性、荧光特性以及介质折射率可调节等优越性,再加之其容易制备、造价低廉的优势,在制备生物传感器的各类材料中脱颖而出。因此,基于硅基底的多孔硅光学生物传感器受到广泛关注。本论文主要以纳米多孔硅作为基底材料,制备出具有特殊光学微腔结构的高灵敏度、免标记的光学生物传感器。采用角度谱检测方法对小尺寸的DNA生物分子和大分子量的包虫病生物分子进行有效可靠检测;提出了图像法,通过计算图像的灰度值检测器件折射率的变化;利用量子点的特性提高了光谱设备的检测效果;并进行了新型多孔硅拼接微腔的理论分析与制备。1.反射角度谱检测方法:提出了一种免标记,免光谱设备,测量灵敏度高的生物检测的新方法。该方法利用了多孔硅微腔的光学特性,通过测量激光反射光强度最小值所对应的入射角度,得到传感器中因发生生物反应而导致的折射率变化,从而实现生物检测。通过对免标...
【文章来源】：新疆大学新疆维吾尔自治区211工程院校
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 生物传感器简介
1.1.1 生物传感器的构成
1.1.2 生物传感器的分类
1.1.3 生物传感器的发展
1.1.4 生物传感器的应用
1.1.5 生物传感器的前景
1.1.6 光学生物传感器
1.2 多孔硅简介
1.2.1 多孔硅的发展历史
1.2.2 多孔硅的表征
1.2.3 多孔硅的形成机制
1.3 多孔硅一维光子晶体简介
1.3.1 布拉格反射镜
1.3.2 光学微腔
1.4 多孔硅生物传感器的发展
1.5 选题依据和研究内容
第二章 基于多孔硅微腔免光谱设备的可见反射光检测新方法
2.1 测量原理
2.2 实验
2.2.1 实验材料和试剂
2.2.2 实验仪器及器件
2.2.3 以P型硅为基底的多孔硅微腔的制备
2.2.4 多孔硅微腔的功能化
2.2.5 DNA生物探针的制备和生物检测
2.3 实验结果及讨论
2.3.1 反射角度谱对DNA检测有效性描述
2.3.2 反射角度谱展宽的分析
2.3.3 多孔硅介质层折射率差对实验的影响
2.4 本章小结
第三章 基于多孔硅微腔近红外透射光检测新方法
3.1 理论分析
3.2 实验
3.2.1 实验材料和试剂
3.2.2 实验仪器及器件
3.2.3 以P型硅为基底的多孔硅微腔制备和功能化
3.2.4 包虫病生物探针的制备和检测
3.3 实验结果与讨论
3.3.1 透射角度谱对包虫病检测的有效性描述
3.3.2 多孔硅微腔周期对透射角度谱的影响
3.3.3 入射角度对透射角度谱的影响
3.3.4 多孔硅介质层折射率对透射角度谱的影响
3.4 本章小结
第四章 基于多孔硅微腔阵列的图像检测
4.1 检测原理
4.2 实验
4.2.1 实验材料和试剂
4.2.2 实验仪器及器件
4.2.3 以P型硅为基底的多孔硅微腔微阵列的制备
4.3 实验结果及图像分析
4.4 本章小结
第五章 基于多孔硅微腔CdSe/ZnS量子点标记的DNA光谱检测
5.1 理论阐述
5.2 实验
5.2.1 实验材料和试剂
5.2.2 实验仪器及器件
5.2.3 以N型硅为基底的多孔硅微腔的制备
5.2.4 多孔硅微腔的功能化
5.2.5 DNA探针的制备
5.2.6 量子点与目标DNA的偶联
5.2.7 DNA分子的检测
5.3 实验结果
5.3.1 反射谱对DNA检测的描述
5.3.2 反射角度谱对DNA检测的描述
5.4 本章小结
第六章 多孔硅拼接微腔生物传感器的理论分析及制备
6.1 拼接微腔
6.1.1 拼接微腔的理论分析
6.1.2 拼接微腔的结构制备方法
6.1.3 不同折射率组合的拼接微腔分析
6.1.4 不同禁带中心波长布拉格镜组合的拼接微腔分析
6.1.5 拼接微腔中微腔层分析
6.2 实验
6.2.1 实验材料和试剂
6.2.2 实验仪器及器件
6.2.3 多孔硅拼接微腔的制备与功能化
6.3 实验结果与讨论
6.4 本章小结
第七章 关于多孔硅微腔设计及相关问题的分析
7.1 多孔硅微腔的设计
7.2 多孔硅微腔不同介质层折射率变化的分析
7.3 多孔硅微腔孔洞引起介质折射率变化的分析
7.4 多孔硅微腔对吸收问题的讨论
7.5 多元多孔硅微腔的设计
7.6 本章小结
第八章 结论与展望
8.1 结论
8.2 展望
8.3 创新点
参考文献
博士期间取得的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]新疆14地州2014年家畜棘球蚴病感染调查报告[J]. 努斯来提,马力克,闫浩,祖力胡马尔. 中国人兽共患病学报. 2016(02)
[2]Label-free high-throughput and real-time detections of protein interactions by oblique-incidence reflectivity difference method[J]. HE LiPing,LIU Shuang,DAI JunBeijing National Laboratory for Condensed Matter Physics,Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences,Lü HuiBin,JIN KuiJuan,YANG GuoZhen. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2014(04)
[3]High hydrosilylation efficiency of porous silicon SiHx species produced by Pt-assisted chemical etching for biochip fabrication[J]. XIAO MinYu,HAN HuanMei,XIAO ShouJun. Science China（Chemistry）. 2013(08)
[4]粗糙表面的统计研究[J]. 张流强,肖海军,董海龙. 表面技术. 2011(04)
[5]Studies on the microstructure,optical and electrical properties of organic microcavity devices based on a porous silicon reflector[J]. XIONG Zuhong1, FAN Yongliang2, ZHAN Yiqiang2, ZHANG Songtao2, DING Xunmin2 & HOU Xiaoyuan2 1. School of Physics, Southwest China-Normal University, Chongqing 400715, China; 2. Surface Physics Laboratory (National Key Laboratory), Fudan University, Shanghai 200433, China. Science in China（Series E:Technological Sciences）. 2005(02)
本文编号：3630270
【文章来源】：新疆大学新疆维吾尔自治区211工程院校
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 生物传感器简介
1.1.1 生物传感器的构成
1.1.2 生物传感器的分类
1.1.3 生物传感器的发展
1.1.4 生物传感器的应用
1.1.5 生物传感器的前景
1.1.6 光学生物传感器
1.2 多孔硅简介
1.2.1 多孔硅的发展历史
1.2.2 多孔硅的表征
1.2.3 多孔硅的形成机制
1.3 多孔硅一维光子晶体简介
1.3.1 布拉格反射镜
1.3.2 光学微腔
1.4 多孔硅生物传感器的发展
1.5 选题依据和研究内容
第二章 基于多孔硅微腔免光谱设备的可见反射光检测新方法
2.1 测量原理
2.2 实验
2.2.1 实验材料和试剂
2.2.2 实验仪器及器件
2.2.3 以P型硅为基底的多孔硅微腔的制备
2.2.4 多孔硅微腔的功能化
2.2.5 DNA生物探针的制备和生物检测
2.3 实验结果及讨论
2.3.1 反射角度谱对DNA检测有效性描述
2.3.2 反射角度谱展宽的分析
2.3.3 多孔硅介质层折射率差对实验的影响
2.4 本章小结
第三章 基于多孔硅微腔近红外透射光检测新方法
3.1 理论分析
3.2 实验
3.2.1 实验材料和试剂
3.2.2 实验仪器及器件
3.2.3 以P型硅为基底的多孔硅微腔制备和功能化
3.2.4 包虫病生物探针的制备和检测
3.3 实验结果与讨论
3.3.1 透射角度谱对包虫病检测的有效性描述
3.3.2 多孔硅微腔周期对透射角度谱的影响
3.3.3 入射角度对透射角度谱的影响
3.3.4 多孔硅介质层折射率对透射角度谱的影响
3.4 本章小结
第四章 基于多孔硅微腔阵列的图像检测
4.1 检测原理
4.2 实验
4.2.1 实验材料和试剂
4.2.2 实验仪器及器件
4.2.3 以P型硅为基底的多孔硅微腔微阵列的制备
4.3 实验结果及图像分析
4.4 本章小结
第五章 基于多孔硅微腔CdSe/ZnS量子点标记的DNA光谱检测
5.1 理论阐述
5.2 实验
5.2.1 实验材料和试剂
5.2.2 实验仪器及器件
5.2.3 以N型硅为基底的多孔硅微腔的制备
5.2.4 多孔硅微腔的功能化
5.2.5 DNA探针的制备
5.2.6 量子点与目标DNA的偶联
5.2.7 DNA分子的检测
5.3 实验结果
5.3.1 反射谱对DNA检测的描述
5.3.2 反射角度谱对DNA检测的描述
5.4 本章小结
第六章 多孔硅拼接微腔生物传感器的理论分析及制备
6.1 拼接微腔
6.1.1 拼接微腔的理论分析
6.1.2 拼接微腔的结构制备方法
6.1.3 不同折射率组合的拼接微腔分析
6.1.4 不同禁带中心波长布拉格镜组合的拼接微腔分析
6.1.5 拼接微腔中微腔层分析
6.2 实验
6.2.1 实验材料和试剂
6.2.2 实验仪器及器件
6.2.3 多孔硅拼接微腔的制备与功能化
6.3 实验结果与讨论
6.4 本章小结
第七章 关于多孔硅微腔设计及相关问题的分析
7.1 多孔硅微腔的设计
7.2 多孔硅微腔不同介质层折射率变化的分析
7.3 多孔硅微腔孔洞引起介质折射率变化的分析
7.4 多孔硅微腔对吸收问题的讨论
7.5 多元多孔硅微腔的设计
7.6 本章小结
第八章 结论与展望
8.1 结论
8.2 展望
8.3 创新点
参考文献
博士期间取得的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]新疆14地州2014年家畜棘球蚴病感染调查报告[J]. 努斯来提,马力克,闫浩,祖力胡马尔. 中国人兽共患病学报. 2016(02)
[2]Label-free high-throughput and real-time detections of protein interactions by oblique-incidence reflectivity difference method[J]. HE LiPing,LIU Shuang,DAI JunBeijing National Laboratory for Condensed Matter Physics,Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences,Lü HuiBin,JIN KuiJuan,YANG GuoZhen. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2014(04)
[3]High hydrosilylation efficiency of porous silicon SiHx species produced by Pt-assisted chemical etching for biochip fabrication[J]. XIAO MinYu,HAN HuanMei,XIAO ShouJun. Science China（Chemistry）. 2013(08)
[4]粗糙表面的统计研究[J]. 张流强,肖海军,董海龙. 表面技术. 2011(04)
[5]Studies on the microstructure,optical and electrical properties of organic microcavity devices based on a porous silicon reflector[J]. XIONG Zuhong1, FAN Yongliang2, ZHAN Yiqiang2, ZHANG Songtao2, DING Xunmin2 & HOU Xiaoyuan2 1. School of Physics, Southwest China-Normal University, Chongqing 400715, China; 2. Surface Physics Laboratory (National Key Laboratory), Fudan University, Shanghai 200433, China. Science in China（Series E:Technological Sciences）. 2005(02)
本文编号：3630270
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