磁性功能化纳米粒子在微流控芯片中的应用

摘要

纳米技术是当今社会的主导技术,其核心为纳米材料,而磁性纳米材料在纳米材料中占非常重要的一部分。磁性功能化纳米粒子兼具纳米材料和磁性的优点,具有尺寸小、比表面积大、低毒性、生物相容性好以及快速的磁响应性能,便于操作,可实现快速分离。至今,基于磁性功能化纳米材料的应用已被广泛用于生物化学分析和医学研究中,例如医疗成像、药物靶向传输、免疫检测等,表现出非常可观的应用前景。
　　微流控芯片技术在近二十年里发展迅速。现如今,芯片毛细管电泳已成为分离分析主要技术之一。与传统的分离分析技术相比较,芯片毛细管电泳拥有快速简单的操作、低的样品消耗且易于集成化等突出优点,被广泛应用于小分子、核酸和蛋白质等多种类物质的分离分析中。用于制作微流控芯片的材料很多,聚二甲基硅氧烷(PDMS)因具有无毒、光透性好、价格低廉、易封合等优点,被广泛用作制作微流控芯片的材料。然而,由于PDMS芯片的疏水性较强,容易吸附分析样品,导致分析样品的峰展宽,而且严重拖尾,分析效果差。此外,在PDMS芯片通道的电渗流很不稳定,信噪比差,影响分析结果的准确性。
　　本工作中,我们采用磁性功能化纳米粒子对PDMS芯片通道进行适当的修饰,使得芯片表面改性,以达到理想的检测结果。
　　具体研究内容如下:
　　1.提出了一种新的基于构建磁性功能化氧化石墨烯微酶反应器检测农药的方法。首先采用一步原位生成法将Fe3O4 NPs负载于氧化石墨烯(GO)表面,得到兼具良好磁性和生物相容性的GO/Fe3O4 MNCs。接着,通过π-π、氢键以及疏水等作用将乙酰胆碱酯酶(AChE)固定在GO/Fe3O4 MNCs的表面。在外磁场作用下,将GO/Fe3O4/AChE MNCs固定于PDMS微芯片通道内,制成微酶反应器用以检测农药。所构建的微酶反应器在外磁场作用下,不仅操作简便,而且比表面积大、生物相容性好,提高了酶的负载量以及很好维持酶的活性。基于农药对AChE的抑制原理,实现了对乐果的定量检测,线性范围为1 to20μg·L-1,检测限为0.18μg·L-1。本方法反应快速、操作简单、重现性好,为农药的快速灵敏检测提供了有效手段。
　　2.本工作中,我们以多巴胺(DA)为功能单体,Fe3O4 NPs为载体,利用DA在碱性溶液中的自聚合作用,可在Fe3O4 NPs表面形成聚多巴胺(PDA),同时将模板分子镶嵌在PDA层中。当模板分子被洗脱后,获得了具有特异性识别位点的Fe3O4@PDA NPs。合成的这种聚合物,不但具有强磁性,便于操作,而且具有充足的印迹位点,对模板分子有高的结合能力,可有效提高对映体的分离效率。在外加磁场作用下,将印迹的Fe3O4@PDA NPs固定于微流控芯片通道内,构建了具有选择性识别功能的微流控芯片装置。在实验优化条件下,D/L-酪氨酸,手性二肽及手性氧氟沙星均达到基线分离。

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第1章 绪论

1.1磁性微粒技术

1.2 微流控芯片

1.2.1 微流控芯片简介

1.2.2 微流控芯片电泳原理

1.2.3微流控芯片材料和制作技术

1.2.4 微流控芯片检测技术

1.3 磁性微粒技术在微流控芯片中的应用研究

1.3.1 分离生物分子

1.3.2 免疫分析

1.3.3 蛋白酶的水解

1.3.4 细胞

1.4 微流控芯片的发展趋势和展望

参考文献

第2章 磁性功能化氧化石墨烯酶反应器的制备及其在农药检测中的应用

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 试剂

2.2.2 仪器

2.2.3 GO/Fe3O4/AChE MNCs的制备

2.2.4 芯片酶反应器的制备

2.2.5 电化学检测

2.3 结果与讨论部分

2.3.1 GO/Fe3O4/AChE MNCs材料的表征

2.3.2 实验条件的优化

2.3.3 农药检测

2.3.4 实际样品分析

2.3.5 酶反应器的再活化

2.3.6 干扰实验

2.3.7 重现性，再现性和稳定性

2.4 结论

参考文献

第3章 一步合成磁性分子印迹聚合物用于手性分离

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 试剂

3.2.2 仪器

3.2.3 MIP-Fe3O4@PDA NPs的制备

3.2.4 PDMS微芯片的制备与修饰

3.2.5 电渗流EOF的测定

3.2.6 电泳分离

3.3 结果与讨论

3.3.1 MIP-Fe3O4@PDA NPs的表征

3.3.2 MIP-Fe3O4@PDA NPs修饰芯片的EOF

3.3.3 实验优化条件

3.3.4 电泳分离

3.3.5 重现性和稳定性

3.4 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果