多孔硅的制备、修饰及其在生物芯片领域的应用

摘要

随着多孔硅光致发光现象的报道，多孔硅逐渐引起人们的关注，并得到了广泛的研究。同样被认为能够产生革命性影响的生物芯片技术在“后基因组计划”时代也取得了快速的发展。
　　本论文将二者结合在一起，利用多孔硅的高孔隙率、大的比表面积、高的反应活性，将多孔硅作为一种基底材料应用于生物芯片的构建。研究内容如下:
　　(1)首先应用自制电解池采用双槽电化学阳极腐蚀法制备了大面积（12mm×58mm）且腐蚀均匀的多孔硅基底，通过扫描电子显微镜观察到在优化条件下制备的多孔硅表面纳米结构规整，孔洞分布均匀，排列致密，孔径在15 nm左右。随后通过硅烷偶联剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的处理，成功的引入环氧基团，获得了环氧修饰的多孔硅基底。
　　(2)以小鼠免疫球蛋白G(IgG)与兔抗小鼠IgG抗体的相互作用为模型证明多孔硅表面修饰环氧基团后能作为一种基底材料用于蛋白质芯片的构建。实验发现兔抗小鼠IgG抗体检测的灵敏度与多孔硅基底制备时所采用的腐蚀电流密度、腐蚀时间、氢氟酸浓度有关。当腐蚀电流密度为500 mA/cm2，腐蚀时间为450 s，电解液中氢氟酸浓度为25％时，小鼠IgG在多孔硅基底上的固定量最大，小鼠IgG芯片对兔抗小鼠IgG抗体检测的灵敏度最高，检测限为10 ng/mL，检测的线性范围为316 ng/mL～10μg/mL。相比于平板单晶硅和环氧玻璃片，多孔硅为基底的IgG芯片对兔抗小鼠IgG抗体的检测具有较宽的线性范围和较低的检测限。实验表明，多孔硅材料能够作为一种性能优越的基底材料用于蛋白质芯片的构建，并应用于蛋白质间相互作用的研究。
　　(3)将优化条件下的多孔硅基底材料用于单糖微阵列芯片的制作，考察了半乳糖与蓖麻子凝集素和甘露糖与伴刀豆蛋白A（Gal-β与RCA，Man-α与ConA）之间的相互作用。实验表明，多孔硅为基底的单糖微阵列芯片能够有效的应用于糖与凝集素相互作用的研究。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 多孔硅的简介

1．2 多孔硅的制备与形成机制

1．2．1 多孔硅的制备

1．2．2 多孔硅的形成机理与理论模型

1．3 多孔硅的表面修饰

1．3．1 硅烷化反应

1．3．2 氢化硅烷化反应

1．3．3 多孔硅生物功能化修饰

1．4 多孔硅的应用

1．5 生物芯片技术的简介

1．6 生物芯片的分类

1．7 生物芯片的制备与使用

1．7．1 靶标分子的固定

1．7．2 DNA芯片的杂交反应

1．8 生物芯片的应用

1．9 本论文的研究的目的与意义

第二章 实验试剂、仪器和设备

2．1 实验材料与试剂

2．2 实验设备及仪器

2．3 测试仪器

第三章 大面积多孔硅基底材料的制备

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 电解池的设计

3．2．2 多孔硅的制备

3．3 结果与讨论

3．3．1 单槽电化学腐蚀法制备的多孔硅基底

3．3．2 双槽电化学腐蚀法制备的多孔硅基底

3．4 本章小结

第四章 多孔硅基底材料的表面修饰

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 多孔硅基底的热处理

4．2．2 多孔硅基底的功能化

4．3 结果与讨论

4．4 本章小结

第五章 多孔硅为基底的小鼠IgG蛋白质芯片的制作和应用

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 小鼠IgG蛋白质芯片的制作

5．2．2 小鼠IgG蛋白质芯片对兔抗小鼠IgG抗体的检测

5．3 结果和讨论

5．3．1 多孔硅基底制备条件的优化

5．3．2 选择性的比较

5．3．3 平板单晶硅／环氧玻璃片／多孔硅基底对蛋白质固定效果的比较

5．3．4 兔抗小鼠IgG抗体的检测

5．4 本章小结

第六章 单糖微阵列芯片上的糖-凝集素相互作用研究

6．1 引言

6．2 实验部分

6．2．1 单糖芯片的制备

6．2．2 凝集素识别反应

6．3 结果与讨论

6．3．1 Man-α和ConA的相互作用

6．3．2 Gal-β和RCA的相互作用

6．4 本章小结

结论

致谢

参考文献