复合纳米材料的合成及单分子成像技术在化学检测中的应用研究

摘要

随着纳米技术的不断发展，纳米材料由于具有不同于宏观材料的独特物理和化学性质，在化学、医学和环境科学等领域得到了广泛的应用。进入21世纪，纳米技术得到了飞速发展，各种功能的纳米材料被合成出来，在各领域中的研究也不断深入，特别是在化学生物传感分析和生物医学成像研究中。各种形貌的纳米材料的可控的制备是纳米材料得以广泛应用的基础，而如何实现更灵敏的检测是化学工作者面临的一大难题。单分子检测较传统检测平均信号的方法更准确，可以达到更低的检测下限，为实现高灵敏检测提供了新思路，已经成为研究生物分子的行为和功能的重要手段。本论文围绕复合纳米材料的合成与在单分子检测上的应用展开研究，在前人工作的基础上，开展的工作主要包括以下三个方面的内容:
　　在第2章中，利用合成的51nm金银核壳纳米颗粒作为探针对硫化氢水溶液进行了定量检测，考察了基于准静态理论的核壳结构纳米颗粒散射光谱计算公式，探讨了金银核壳纳米探针与硫化氢反应引起的探针散射光颜色变化的原理，在理论上证明了用比色法检测硫化物的可行性，并通过紫外可见吸收光谱的宏观实验，得到了与理论一致的结果。
　　在第3章中，利用单个金银核壳纳米颗粒作为分子探针，发展了一种高通量灵敏检测硫化氢的方法，该方法基于探针表面硫化银的形成诱导的探针散射光颜色的定量改变，高密度的固定探针以及快速的RGB颜色分析为多个单颗粒的同时检测提供了可能，保证了探针颜色改变的可靠性，利用这种方法，可以检测50nM～100μM的硫化物浓度。
　　在第4章中，合成了一种稀土上转换纳米材料，对其合成条件进行了优化，总结出纳米材料形貌和性质与合成条件之间的规律，得到了高上转换发光效率的纳米材料，并进一步进行改性，使其具有生物兼容性，应用于细胞成像，实现了生物标记。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 纳米材料

1．1．1 纳米材料简介

1．1．2 纳米材料的性质

1．1．3 纳米材料的表征

1．1．4 贵金属纳米材料

1．1．5 上转换纳米材料

1．2 光学成像技术简介

1．2．1 现代显微镜发展历程

1．2．2 明场显微镜

1．2．3 暗场显微镜

1．2．4 荧光显微镜

1．2．5 其他几种重要的显微镜

1．3 单分子检测技术简介

1．4 本论文研究构想

第2章 Au-Ag核壳纳米探针的合成及其对H2S的检测

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 材料和试剂

2．2．2 18nm金种的合成

2．2．3 50nm金纳米颗粒的合成

2．2．4 Au-Ag NPs核壳纳米结构材料的合成

2．3 结果与讨论

2．3．1 核壳结构纳米颗粒的等离子共振散射光谱

2．3．2 原理

2．3．3 Au-Ag核壳纳米颗粒的选择

2．3．4 Ag-Au核壳纳米颗粒的合成与表征

2．3．5 宏观溶液中对硫化物的检测

2．4 小结

第3章 基于单粒子颜色分析的高通量H2S传感研究

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 材料和试剂

3．2．2 Au-Ag核壳纳米颗粒的合成和表征

3．2．3 玻片的处理和功能化

3．2．4 暗场显微镜下的单粒子检测

3．3 结果与讨论

3．3．1 Au-Ag核壳纳米探针的固定

3．3．2 在单粒子层面上定量检测H2S

3．3．3 Au-Ag核壳纳米探针检测H2S的动力学分析

3．3．4 基于单粒子颜色分析的选择性分析

3．3．5 Au-Ag核壳纳米探针对生物样品中H2S的检测

3．4 小结

第4章 NaYF4：Yb，Er上转换纳米棒的合成及其在细胞成像中的应用

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 仪器和试剂

4．2．2 NaYF4：Yb，Er纳米棒的制备

4．2．3 水溶性NaYF4：Yb，Er的合成

4．2．4 细胞染色实验

4．2．5 表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 不同尺寸的NaYF4：Yb，Er材料的透射电子显微镜结果

4．3．2 不同尺寸的NaYF4：Yb，Er材料的上转换荧光光谱

4．3．3 水溶性NaYF4：Yb，Er材料的制备

4．3．4 水溶性NaYF4：Yb，Er材料用于生物成像

4．4 小结

结论

参考文献

附录A 攻读学位期间发表的学术论文目录

致谢