量子点敏化的半导体纳米材料制备及其生物传感应用

摘要

细胞色素 C，既是线粒体呼吸链中的一个重要成分，也为细胞凋亡的信息物质，其从线粒体释放至胞浆细胞的过程在凋亡机制中起着关键性作用。因此，探索准确、快速、灵敏的细胞色素 C的分析检测新方法对于凋亡病理学与药理学研究、临床检测及细胞水平上疾病诊断具有深刻的意义。
　　随着对半导体纳米材料制备、表征与应用的深入研究，开发了以二氧化钛(TiO2)为基底的新型复合纳米材料。因为其优异的性能而得以长足发展与广泛应用。此外，电化学发光检测技术具有背景信号小、操作简便、灵敏度高、选择性好、快速等优点，在生物传感分析领域极具广泛的应用前景。本论文立足于传感分析的研究热点，基于新型复合纳米材料在生化分析和生物传感方面的优势，将纳米发光材料与电致发光技术、适配体传感器相结合，展开了对细胞色素 C快速检测的研究工作。具体内容如下：
　　(1)CdSe/CdS/Pt/TiO2复合电极材料的制备及光电性能的研究。通过浸渍沉积技术、连续离子层吸附和反应技术，获得性能优异的 CdSe/CdS/Pt/TiO2复合光电材料。纳米TiO2是电化学性能良好的基底材料，但是其能带(3.2 eV)宽，限制了电荷载流子的迁移速率。本研究将 Pt纳米粒子有效固定于 TiO2纳米管上，在 Pt和 TiO2界面形成肖特基(Schottky)势垒，抑制了光生电荷载流子的复合，其光电流是裸TiO2的3.18倍。再把 CdS与CdSe量子点先后修饰于 Pt/TiO2电极上，其光电流密度依次为4.75 mA/cm2、7.58 mA/cm2，分别为未修饰 TiO2纳米管光电流值的29.68、47.38倍。实验证明 CdSe/CdS/Pt/TiO2复合材料具有良好的光电性能及化学稳定性。
　　(2)CdS:Mn/TiO2复合材料的制备及电致发光性能的研究。采用简单水热法及连续离子层吸附法合成新型 CdS:Mn/TiO2阴极电致发光材料。将 Mn掺杂的 CdS量子点修饰于TiO2纳米线基底表面，基于 CdS:Mn量子点与共反应剂 S2O82-的电子转移反应，有效地弥补了 TiO2电子转移效率低的缺陷，使复合材料呈现高强度稳定的电致发光信号，是未经修饰的 TiO2纳米线阵列的10倍；与此同时，相比于 CdS量子点，通过掺杂光学活性 Mn2+之后，在量子点的中间区域产生电子态，从而改变电荷分离与复合，有利于电子转移，其电致发光强度是 CdS/TiO2电极的2倍。CdS:Mn/TiO2电极材料的电子转移效率高，导致电子-空穴对复合，化学性质稳定。这证实所制备的稳定性好、发光强度高的复合纳米半导体材料非常适合于电致发光分析检测。
　　(3)基于 CdS:Mn/TiO2的细胞色素 C电致发光适配体传感器。本章基于CdS:Mn/TiO2电极优异的电致发光性能及稳定性，CdS:Mn量子点既为电致发光阴极发光体，又充当末端用巯基修饰的适配体的连接剂(它们之间通过 Cd-S键紧密结合)，利用细胞色素 C与适配体特异性结合，开发新型简单、快捷、灵敏的细胞色素 C电致发光适配体传感器平台。在适配体高效特异结合靶分子细胞色素 C之后，形成高稳定性适配体-细胞色素 C复合大分子，极大抑制电极表面的电子转移，传感器的电致发光强度降低，其线性范围为50 fM至125 pM，检出限为9.5 fM。研究结果表明：由于适配体的特异性和专一性，该传感器具有很好的敏感性、选择性及稳定性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 细胞色素C概述

1.2 半导体纳米材料概述

1.3 半导体纳米材料的制备方法

1.4 电致发光分析技术

1.5 论文构思

第2章 CdSe/CdS/Pt/TiO2的制备及光电性能的研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 小结

第3章 CdS:Mn/TiO2的制备及电致发光性能的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3结果与讨论

3.4 小结

第4章 基于CdS:Mn/TiO2的细胞色素C电致发光适配体传感器

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 小结

结论

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢