納米結(jié)構(gòu)金屬氧化物過(guò)氧化氫及DNA傳感器研究.pdf

1、過(guò)氧化氫會(huì)在很多酶催化的氧化反應(yīng)中產(chǎn)生，包括葡萄糖氧化酶、尿酸氧化酶、膽固醇氧化酶、乙醇氧化酶等，因而測(cè)定過(guò)氧化氫的濃度可用于間接測(cè)定各種目標(biāo)物質(zhì)的濃度。這為發(fā)展針對(duì)包括葡萄糖在內(nèi)的多種物質(zhì)的生物傳感器提供了可能。很多細(xì)胞都會(huì)產(chǎn)生過(guò)氧化氫，并且它也會(huì)出現(xiàn)在尿液、血液以及呼吸氣體中。因此，測(cè)試體液和/或呼吸中的過(guò)氧化氫可以用來(lái)測(cè)試生理或病理狀態(tài)下的氧應(yīng)激狀態(tài)，并可以監(jiān)控治療過(guò)程中的反應(yīng)。 基因的分離及分析檢測(cè)在衛(wèi)生防疫、醫(yī)學(xué)診斷、

2、藥物研制、環(huán)境科學(xué)及生物工程等領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，這也對(duì)基因的分析和檢測(cè)方法提出了新的要求。發(fā)展高性能低價(jià)格的核酸雜交測(cè)試生物傳感器成為目前的主要研究目標(biāo)。 在傳感器研究領(lǐng)域，各種種類及結(jié)構(gòu)的納米材料被用于傳感器特別是電化學(xué)傳感器制備，取得了良好的測(cè)試效果，線性范圍及檢測(cè)限有很大提高。這其中，金屬氧化物半導(dǎo)體材料的應(yīng)用引起很大關(guān)注。本文發(fā)展了基于ZnO納米棒陣列(Zno nanorod arrays，ZnONRAs)的電

3、化學(xué)傳感器，用于過(guò)氧化氫的測(cè)試，以期這類傳感器能夠更好地滿足實(shí)際需要。此外，研究了采用場(chǎng)效應(yīng)原理的器件及光可尋址電位傳感器( Light AddressablePotentiometric Sensors, LAPS)表面修飾對(duì)DNA測(cè)試性能的影響。 本文的主要研究?jī)?nèi)容： (一)研究了紫外光( UV)照射ZnO種子層對(duì)ZnO納米棒陣列生長(zhǎng)的影響 我們利用ZnO薄膜為種子層，通過(guò)水熱法制備了ZnO NRAs。發(fā)現(xiàn)了

4、紫外光處理ZnO薄膜促進(jìn)了水熱法制備ZnO NRAs表面均一性的提高，納米棒陣列中棒直徑的分布更均勻，棒的直徑相對(duì)變小。 (二)研究了鍍金ZnO納米棒陣列用于電化學(xué)測(cè)試效果 實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)磁控濺射技術(shù)在ZnO NRAs上鍍金，可以保護(hù)ZnO納米棒在水溶液中不受腐蝕，同時(shí)也作為一維納米陣列電極進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試。 1)鍍金ZnO納米棒陣列電極在電化學(xué)測(cè)試上的特點(diǎn) 通過(guò)循環(huán)伏安法測(cè)試得到，鍍金ZnO納米棒陣列電極

5、的擴(kuò)散特性與平面電極接近。由于電極表面構(gòu)造的改變，鍍金ZnO納米棒陣列電極的擴(kuò)散層表面積較平面電極增大。由電化學(xué)阻抗譜測(cè)試可知，電極的電子傳遞電阻減小，表明電極的交換電流值增大，說(shuō)明電極在表面電化學(xué)活性方面有顯著提高。 2)鍍金的ZnO納米棒陣列電極測(cè)試過(guò)氧化氫的特性 采用鍍金的ZnO納米棒陣列電極進(jìn)行過(guò)氧化氫測(cè)試。與平面金電極對(duì)照，過(guò)氧化氫在這種電極上的氧化還原電位都有了顯著下降，對(duì)應(yīng)峰電流顯著上升。實(shí)現(xiàn)了過(guò)氧化氫更低

6、還原電位下的測(cè)試。采用鍍金ZnO納米棒陣列電極得到的線性范圍為0.088mM-70.6mM，檢測(cè)限為0.07mM，測(cè)試靈敏度為30mA cm-2M-1。在所測(cè)試濃度范圍內(nèi)，生理濃度的抗壞血酸對(duì)測(cè)試沒(méi)有干擾。 3)納米鉑修飾的鍍金的ZnO納米棒陣列電極測(cè)試過(guò)氧化氫的特性鍍金的ZnO納米棒陣列電極表面沉積納米尺度的鉑層后，過(guò)氧化氫在電極上氧化還原反應(yīng)的可逆性增加，這表明鍍鉑后電極活性增加。過(guò)氧化氫測(cè)試的線性測(cè)試范圍為0.044mM-

7、20mM，檢測(cè)限為0.03mM，靈敏度為50 mA cm-2M-1。生理濃度的抗壞血酸對(duì)測(cè)試沒(méi)有干擾。 (三)研究了場(chǎng)效應(yīng)器件的表面修飾對(duì)其DNA測(cè)試性能的影響 1)比較了兩種不同處理方式對(duì)EIS型場(chǎng)效應(yīng)DNA生物傳感器測(cè)試性能的影響研究表明，采用50％硫酸及甲醇-鹽酸等體積混合液對(duì)場(chǎng)效應(yīng)器件進(jìn)行處理，兩種處理方法在器件后續(xù)的硅烷化效果上差別并不明顯，但是在場(chǎng)效應(yīng)特性測(cè)試上則有不同。甲醇-鹽酸體系處理對(duì)器件測(cè)試性能有不利

8、影響。在此基礎(chǔ)上制備的場(chǎng)效應(yīng)DNA傳感器的測(cè)試特性表明，采用硫酸處理方法制備的傳感器的測(cè)試結(jié)果要優(yōu)于甲醇-鹽酸處理的結(jié)果。 2)采用表面TiO2修飾的光可尋址電位傳感器(LAPS)進(jìn)行非標(biāo)記DNA測(cè)試LAPS表面采用TiO2修飾，熒光標(biāo)記表明，通過(guò)紫外光照TiO2可以改善表面硅烷化效果，但這種改善需要很好地控制時(shí)間條件。該非標(biāo)記測(cè)試方法可以對(duì)于10μM人工合成的目標(biāo)DNA與固定在器件表面的互補(bǔ)DNA的雜交進(jìn)行檢測(cè)。雜交過(guò)程可以引