表面等离子共振显微成像技术在生命分析中的应用

发布时间：2017-05-16 21:02

  本文关键词：表面等离子共振显微成像技术在生命分析中的应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：金属与入射光的相互作用产生了光激发的电子集团振动,从而生成了在两种材料界面发生的可传播的表面等离子体共振(SPR)。近年来, SPR技术被广泛地应用于显微成像技术,尤其是生命分析领域。本文正是立足于这一研究背景,致力于研制基于SPR技术的显微成像技术,并将其应用于生命分析领域。主要内容如下：1、单颗粒金核银壳纳米棒探针的制备及其在超氧自由基检测上的应用超氧自由基(O2·-)是活性氧分子(ROS)中的一员,它对识别细胞生理过程信号,如变异、增殖和凋亡等具有重要意义。因此高灵敏和特异性地监测ROS,尤其是作为上游产物的O2·-在生物医学研究中广受关注。本章工作制备了一种粒金核银壳结构的纳米棒复合材料,该材料在暗场显微镜下具有近红外区域的单颗粒等离子共振散射光信号。在O2·-的氧化刻蚀下,该材料的散射光谱会发生明显的红移,最高可到100 nm以上。实验及模拟计算结果都表明,材料散射光谱的红移速率与O2·-的浓度相关。因此,可以通过对该材料单颗粒级别的散射光谱的实时检测来获得动态的O2·-浓度数据。2、单颗粒金银纳米探针用于单细胞级别自噬过程的实时追踪本工作将一种多功能化修饰的金-银核壳结构的纳米探针应用于实时监测单细胞级别的完整自噬过程。自噬是一种重要的细胞生理活动,对于了解人类病理学机理、研发新药物、自噬调控等起到了至关重要的作用。目前研究细胞自噬的主要难点在于如何实时地监测这一过程。一种可行的解决方法是基于实时检测细胞中的超氧自由基(O2·-),O2·-是一种主要的细胞自噬调节物质。本工作中,该纳米探针可以被溶液中的O2·-氧化刻蚀,导致其等离子体共振散射光谱发生明显的红移,其散射光谱的红移速率与O2·-的浓度相关。这一结果使得该探针可以应用在对细胞自噬过程中O2·-的实时定量检测。不仅如此,在“接力探针”这一方法帮助下,我们成功全程追踪了两种不同类型的O2·-调节的自噬过程,并对其相关机理进行了推论。3、基于等离子体的热显微镜技术—高灵敏时间分辨热显微成像本章工作展示了一款基于等离子体共振技术的热显微镜技术,可以对局部温度变化进行成像,信号主要来自表面等离子体共振的变化。该方法可以检测低至6 mK的温度变化,同时也可以观察到10μs时间分辨率下的热扩散过程。不仅如此,我们成功地观察到了不同种类单颗粒级别纳米材料的光热信号,说明该方法在单分子检测和缺陷探测领域中拥有极大的潜力。
【关键词】：表面等离子共振 单颗粒散射光谱 细胞成像 暗场显微镜 自噬 热显微镜 光热效应 热扩散
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q-336
【目录】：

• 中文摘要7-9
• ABSTRACT9-12
• 本论文主要创新点12-13
• 第一章 绪论13-42
• 1.1 基于等离子体共振技术的暗场显微镜及其在生物分析化学中的应用14-24
• 1.1.1 概述14-15
• 1.1.2 背景原理15
• 1.1.3 实验技术与装置15-16
• 1.1.4 透射暗场显微成像技术16-18
• 1.1.5 反射暗场显微成像技术18-21
• 1.1.6 全内反射暗场技术21-23
• 1.1.7 前景23-24
• 1.2 基于全内反射表面等离子体共振技术的显微镜及其在生物分析化学中的应用24-33
• 1.2.1 概述24-25
• 1.2.2 背景原理25
• 1.2.3 实验技术与装置25
• 1.2.4 基础型SPR检测装置及在生物化学中的应用25-27
• 1.2.5 成像式SPR显微镜及在生物化学中的应用27-32
• 1.2.6 扫描式SPR显微镜及在生物化学中的应用32-33
• 1.2.7 前景33
• 1.3 本论文的选题思路和主要工作33-34
• 参考文献34-42
• 第二章 单颗粒金核银壳纳米棒探针的制备及其在超氧自由基检测上的应用42-68
• 摘要42
• 2.1 前言42-44
• 2.2 实验部分44-46
• 2.2.1 实验试剂44
• 2.2.2 主要仪器44
• 2.2.3 金核银壳纳米棒(Au@AgNRs)的合成44-45
• 2.2.4 聚乙二醇和RGD多肽的修饰45
• 2.2.5 Au@AgNRs@PEG/RGD对O_2~(·-)的响应实验45-46
• 2.3 结果与讨论46-62
• 2.3.1 Au@AgNRs@PEG/RGD纳米探针的表征46-48
• 2.3.2 Au@AgNRs@PEG/RGD纳米探针对O_2~(·-)的响应机理48-49
• 2.3.3 Au@AgNRs纳米探针形貌对O_2~(·-)响应的影响49-54
• 2.3.4 Au@AgNRs@PEG/RGD纳米探针表面修饰对O_2~(·-)响应的影响54-62
• 2.4 结论62-63
• 参考文献63-68
• 第三章 单颗粒金银纳米探针用于单细胞级别自噬过程的实时追踪68-86
• 摘要68
• 3.1 前言68-69
• 3.2 实验部分69-72
• 3.2.1 实验试剂69-70
• 3.2.2 主要仪器70
• 3.2.3 多功能化金核银壳纳米棒(Au@ANRs@PEG/RGD)的合成70
• 3.2.4 微流控芯片的制备70
• 3.2.5 细胞在微流控芯片中的装载与培养70-72
• 3.2.6 细胞自噬的检测72
• 3.2.7 AVOs检测72
• 3.2.8 细胞活性检测72
• 3.3 结果与讨论72-81
• 3.3.1 基于微流控芯片的细胞培养显微成像装置的性能考察72-73
• 3.3.2 Au@AgNRs@,PEG/RGD纳米探针对细胞自噬产生的O_2~(·-)的响应73-76
• 3.3.3 细胞饥饿诱导产生O_2~(·-)调节自噬进程响应机理探究76-77
• 3.3.4 “接力探针”检测法在检测长期自噬过程中的应用77-78
• 3.3.5 Au@AgNRs@PEG/RGD纳米探针对细胞自噬的全程跟踪78-81
• 3.4 结论81
• 参考文献81-86
• 第四章 基于等离子体的热显微镜技术—高灵敏时间分辨热显微成像86-105
• 摘要86
• 4.1 前言86-88
• 4.2 实验部分88-90
• 4.2.1 实验试剂88
• 4.2.2 主要仪器88
• 4.2.3 样品制备88
• 4.2.4 单层石墨烯的转移88-89
• 4.2.5 光路搭建与数据采集89
• 4.2.6 使用热敏电阻对PTM进行校准89
• 4.2.7 数值模拟89-90
• 4.3 结果与讨论90-101
• 4.3.1 金膜表面的局部热分布成像及其数值模拟90
• 4.3.2 PTM的性能表征90-95
• 4.3.3 使用PTM检测纳米材料的光热效应95-97
• 4.3.4 用PTM捕捉热量在金膜表面的动态扩散过程97-99
• 4.3.5 PTM用于对纳米材料的光热成像99-101
• 4.4 结论101
• 参考文献101-105
• 结论与展望105-106
• 附录106-107
• 致谢107-108

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