玻璃纳米孔制备及传感研究
发布时间：2021-01-22 22:34
生物体细胞膜上存在着各种类型的跨膜孔道和离子通道,它们的尺寸大多在1-100nm。这些孔道在各种生命活动中发挥着重要作用,例如维持细胞渗透平衡和稳定细胞体积等。受这种自然现象的启发,基于生物纳米孔/通道蛋白和人工固态纳米孔,科学家们近期开发了各种纳米孔检测技术,用于单分子水平的灵敏生化检测。固态纳米孔相比于生物纳米孔,具有稳定的物理、化学性质,并且易于修饰,能够制备得到多种尺寸等优点。最近,科学家们利用玻璃纳米孔限域效应将其应用于单细胞的生命活动检测。本论文利用尺寸可控的玻璃纳米孔作为传感平台,通过粒子与纳米孔管口的碰撞,研究分析了单个纳米粒子的表面电荷情况;探究了多臂DNA分子组装体的穿孔行为;以及制备了表面特殊化学修饰的功能化纳米孔传感界面,成功用于区分不同种类和长度的短链核苷酸的碱基。具体内容如下:（1）我们利用尺寸在83.5±6.5 nm单分散的Au@SiO2纳米粒子与40nm左右的玻璃纳米孔在管口发生碰撞,通过其脉冲信号的响应差异,分析研究了粒子表面的正/负电荷状态,有效地区分了粒子的三种不同的电荷状态。当纳米粒子接近管口并发生碰撞时,离子电流会发生剧烈变化,并且电流幅度和施...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１低能离子束制备纳米孔
?第１章文献综述???ｋｅＶｎｍ人通常情况下，辐照是使用重离子，如１９７Ａｕ，ｍＰｂ，和２３８Ｕ，产生较??为明显和持续的损伤。在这些高能状态下，形成离子轨道的主要过程是电子能??量损失。离子在固体中产生沿着轨道径向各向同性的圆柱形损伤。在聚合物中，??高速重离子造成的损害包括自由基、不饱和键、小的有机碎片的非晶化和气化，??导致沿轨道的物质密度降低［１４“７］。??（ａ）?＿??ｇ＇Ｙ?ｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ＴＴ一１??：??ａｐｅｒｔｕｒｅ??ｓｉｎ＾ａｃｋ?ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ?ｄｅｔｏｏｔ＾ｎｇ??＇＇、＇ｒ＾ｗ＞ｖ？１＾ｐｉｎｇ?界?ＨＨＵＵＵ?口＿口＿口｜｜??图１－２高能离子束用于纳米孔的制备。（ａ）离子径迹蚀刻技术制备纳米孔??示意图；（ｂ）从单径迹到重叠径迹的不同离子流。（ｃ）ＧＳＩ亥姆霍兹中心的??单离子辐照装置，包括离焦线性离子加速器、样品堆前的孔径和后面的探测??器。??离子的射程是高能离子制备纳米孔的关键，它是离子在停止前能够移动的??距离，由它们的初始动能Ｅ〇和能量损失ｄＥ／ｄＸ决定。例如，对于比动能为１１．４??ＭｅＶｕ＿１的金离子，聚碳酸酯（ＰＣ）的预测范围是￣１５０ｐｍ。??Ｒ＝＼Ｆ－＜＾＼＇ｄＥ??Ｊｏ?＾ｄＸ）??由于这个较大的范围，这个体系可以辐照１０片１２ｐｍ厚的箔或者４片３０ｐｍ??厚的箔堆。对于样品辐照，离子束通常以５ｃｍｘ５ｃｍ的区域得到均匀照明的方??４??
?第１章文献综述???当孔径低于８０ｎｍ，施加１０５到１０７倍强度的电子束时，孔隙会收缩，而当直径??大于８０ｎｍ时，孔隙反而会扩大［２１］。??（ａ）?確的抑?＇?（ｃ）?＇＊??ｉｓｊ??ｒｍｍ＊＊ｓｉ〇ｊ?Ｉ?，〇?、ｓ＇ｓｓ＾??＂?ＳｉＯｊ＾ｉＮ／ＳｉＯ?ｇ?，ｕ?：??５?＼?—??＼５??＾?ＨＩＶ?Ｊ?‘９０?…，ｃｎ??Ｈｍ?Ｂ?Ｂ?Ｂ??＿．．．．．．ｗ丨圓圓■■??图１－３电子束技术用于纳米孔的制备。（ａ）利用电子束制备纳米孔示意图。??（ｂ）用电子束制备的纳米孔透射电子显微镜图片［２４］。（ｃ）电子束技术制备??氮化硅纳米孔的不同步骤。纳米孔的平均直径和辐照时间的关系。Ｉ，初始??孔形成后迅速生长；ＩＩ，增大或收缩（与电子束强度有关）；ＩＩＩ，进一步增??大，这个区域纳米孔难以收缩。（ｄ）不同步骤产生的纳米孔的ＴＥＭ图像。标??尺为５ｎｍ。??除了用离子源或电子源打孔外，还有一些制备纳米孔洞的方法。其中两种??是制备玻璃纳米孔的基本方法。早在几十年前，由于基于玻璃管的微纳电极能??够研究不同离子的界面电子输运现象［２５］，分析化学、电化学和生命科学领域早??已应用这种电极开展电分析化学研宄。此外，玻璃管还可用作扫描探针显微镜??的探针，也就是扫描离子电导显微镜（ＳＩＣＭ）［２６＿２９］。玻璃纳米管的制备过程包括??以下几个步骤：首先使用激光拉制装置，然后通过微锻造（激光）熔化尖端，一次??拉制形成两个尖端直径可达１０ｎｍ的玻璃纳米管。这个过程可以简单地将商业??玻璃毛细微米管转变为玻璃纳米管。尽管大多数材质的传统玻璃微米管都可以??用来制备纳米管，但由于石英具有高硬度、低噪音、
【参考文献】：
期刊论文
[1]Glass capillary nanopore for single molecule detection[J]. SHA JingJie,SI Wei,XU Wei,ZOU YiRen,CHEN YunFei. Science China（Technological Sciences）. 2015(05)
本文编号：2994023
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１低能离子束制备纳米孔
?第１章文献综述???ｋｅＶｎｍ人通常情况下，辐照是使用重离子，如１９７Ａｕ，ｍＰｂ，和２３８Ｕ，产生较??为明显和持续的损伤。在这些高能状态下，形成离子轨道的主要过程是电子能??量损失。离子在固体中产生沿着轨道径向各向同性的圆柱形损伤。在聚合物中，??高速重离子造成的损害包括自由基、不饱和键、小的有机碎片的非晶化和气化，??导致沿轨道的物质密度降低［１４“７］。??（ａ）?＿??ｇ＇Ｙ?ｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ＴＴ一１??：??ａｐｅｒｔｕｒｅ??ｓｉｎ＾ａｃｋ?ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ?ｄｅｔｏｏｔ＾ｎｇ??＇＇、＇ｒ＾ｗ＞ｖ？１＾ｐｉｎｇ?界?ＨＨＵＵＵ?口＿口＿口｜｜??图１－２高能离子束用于纳米孔的制备。（ａ）离子径迹蚀刻技术制备纳米孔??示意图；（ｂ）从单径迹到重叠径迹的不同离子流。（ｃ）ＧＳＩ亥姆霍兹中心的??单离子辐照装置，包括离焦线性离子加速器、样品堆前的孔径和后面的探测??器。??离子的射程是高能离子制备纳米孔的关键，它是离子在停止前能够移动的??距离，由它们的初始动能Ｅ〇和能量损失ｄＥ／ｄＸ决定。例如，对于比动能为１１．４??ＭｅＶｕ＿１的金离子，聚碳酸酯（ＰＣ）的预测范围是￣１５０ｐｍ。??Ｒ＝＼Ｆ－＜＾＼＇ｄＥ??Ｊｏ?＾ｄＸ）??由于这个较大的范围，这个体系可以辐照１０片１２ｐｍ厚的箔或者４片３０ｐｍ??厚的箔堆。对于样品辐照，离子束通常以５ｃｍｘ５ｃｍ的区域得到均匀照明的方??４??
?第１章文献综述???当孔径低于８０ｎｍ，施加１０５到１０７倍强度的电子束时，孔隙会收缩，而当直径??大于８０ｎｍ时，孔隙反而会扩大［２１］。??（ａ）?確的抑?＇?（ｃ）?＇＊??ｉｓｊ??ｒｍｍ＊＊ｓｉ〇ｊ?Ｉ?，〇?、ｓ＇ｓｓ＾??＂?ＳｉＯｊ＾ｉＮ／ＳｉＯ?ｇ?，ｕ?：??５?＼?—??＼５??＾?ＨＩＶ?Ｊ?‘９０?…，ｃｎ??Ｈｍ?Ｂ?Ｂ?Ｂ??＿．．．．．．ｗ丨圓圓■■??图１－３电子束技术用于纳米孔的制备。（ａ）利用电子束制备纳米孔示意图。??（ｂ）用电子束制备的纳米孔透射电子显微镜图片［２４］。（ｃ）电子束技术制备??氮化硅纳米孔的不同步骤。纳米孔的平均直径和辐照时间的关系。Ｉ，初始??孔形成后迅速生长；ＩＩ，增大或收缩（与电子束强度有关）；ＩＩＩ，进一步增??大，这个区域纳米孔难以收缩。（ｄ）不同步骤产生的纳米孔的ＴＥＭ图像。标??尺为５ｎｍ。??除了用离子源或电子源打孔外，还有一些制备纳米孔洞的方法。其中两种??是制备玻璃纳米孔的基本方法。早在几十年前，由于基于玻璃管的微纳电极能??够研究不同离子的界面电子输运现象［２５］，分析化学、电化学和生命科学领域早??已应用这种电极开展电分析化学研宄。此外，玻璃管还可用作扫描探针显微镜??的探针，也就是扫描离子电导显微镜（ＳＩＣＭ）［２６＿２９］。玻璃纳米管的制备过程包括??以下几个步骤：首先使用激光拉制装置，然后通过微锻造（激光）熔化尖端，一次??拉制形成两个尖端直径可达１０ｎｍ的玻璃纳米管。这个过程可以简单地将商业??玻璃毛细微米管转变为玻璃纳米管。尽管大多数材质的传统玻璃微米管都可以??用来制备纳米管，但由于石英具有高硬度、低噪音、
【参考文献】：
期刊论文
[1]Glass capillary nanopore for single molecule detection[J]. SHA JingJie,SI Wei,XU Wei,ZOU YiRen,CHEN YunFei. Science China（Technological Sciences）. 2015(05)
本文编号：2994023
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