单壁碳纳米管近红外荧光和高效淬灭特性在环境和生物检测中的应用

摘要

单壁碳纳米管由于其独特的电学、光学和化学性能引起了研究者们的广泛关注。近几年中，随着对碳纳米管及纳米材料功能性质应用方面的研究深入，单壁碳纳米管广阔的应用前景也不断地展现出来。本论文基于以上研究背景，根据单壁碳纳米管的近红外荧光特性和高效淬灭特性分别研究了单壁碳纳米管在环境和生物领域检测中的应用。论文主要研究工作如下:
　　1.将单壁碳纳米管的近红外荧光与微流控芯片相结合用于汞离子的高灵敏度快速检测。具体地，通过T-Hg-T的特异性相互作用诱导的单壁碳纳米管聚集-分散状态变化而引起的近红外荧光的改变，并结合微流控芯片的小尺寸效应和灵敏度高等特点，实现水相中汞离子的高灵敏度检测。在汞离子的检测中，该芯片上的近红外系统表现出了微流控系统的显著优点，如:微流控芯片较小的设备尺寸能够使得反应所需的试剂量由500μL降低至9μL，检测时间由60 min缩短至30 min，同时也将检测限由10.5 nM降低至1.5 nM。这种在微流控系统中检测近红外荧光光谱的方法为光学分析领域开辟了新路。
　　2.在均相溶液中基于单壁碳纳米管的荧光淬灭特性以及核酸外切酶Ⅲ的酶催化功能进行荧光信号的放大来检测低浓度核酸。具体地，首先由单壁碳纳米管淬灭羧基荧光素标记的探针单链DNA的荧光，再经目标DNA(与探针DNA序列互补)与探针DNA形成双链DNA来恢复羧基荧光素的荧光，并通过核酸外切酶Ⅲ触发的目标DNA分子再循环实现荧光信号的放大作用。这种新型的、高选择性的核酸检测方法能够使得探针核酸分子的设计和标记更为便捷，检测时背景信号更低，同时检测灵敏度更高(对于HIV-DNA的检测其检测限可达到50pM)，在单分子单细胞的检测和疾病诊断、成像领域有广泛的应用前景。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 单壁碳纳米管简介

1．2．1 单壁碳纳米管的电子结构

1．2．2 单壁碳纳米管的金属或半导体性质判断

1．2．3 单壁碳纳米管的制备

1．2．4 单壁碳纳米管的性质

1．2．5 单壁碳纳米管的功能化修饰

1．3 单壁碳纳米管的近红外荧光特性

1．3．1 单壁碳纳米管的近红外光谱特征

1．3．2 单壁碳纳米管的近红外光谱测定仪器

1．3．3 单壁碳纳米管的近红外荧光应用

1．4 单壁碳纳米管的淬灭特性

1．4．1 单壁碳纳米管的淬灭机理

1．4．2 单壁碳纳米管淬灭特性的应用：淬灭荧光标记DNA的荧光

1．5 论文设计思路及创新性

参考文献

第二章 微流控芯片中基于单壁碳纳米管近红外荧光的汞离子检测方法研究

2．1 引言

2．1．1 单壁碳纳米管的近红外荧光应用前景

2．1．2 微流控系统的研究进展概述

2．1．3 水中汞离子检测的研究进展

2．1．4 本工作研究思路和意义

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料

2．2．2 微流控芯片的制作

2．2．3 芯片上的近红外检测仪器概况

2．2．4 实验步骤

2．3 结果与讨论

2．3．1 基于SWNTs的分散-聚集状态改变的汞离子检测原理

2．3．2 d16／SWNTs溶液与Hg2-之间反应的表征

2．3．3 汞离子导致的SWNTs NIR发射光谱值的下降

2．3．4 常规体系与微流控体系中Hg2+检测效果的比较

2．3．5 常规体系与微流控体系中的检测选择性测试

2．3．6 应用：环境水样的微流控系统汞离子检测

2．4 本章小结

参考文献

第三章 基于单壁碳纳米管和核酸外切酶Ⅲ的信号放大新方法用于核酸检测的研究

3．1 引言

3．1．1 酶切信号放大的核酸检测研究进展

3．1．2 单壁碳纳米管在核酸检测中的应用前景

3．1．3 核酸外切酶Ⅲ简介

3．1．4 本工作研究意义

3．2 实验部分

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验步骤

3．2．3 测试及表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 基于单壁碳纳米管淬灭功能的Exo Ⅲ辅助信号放大核酸检测原理

3．3．2 SWNT对FAM标记的DNA荧光淬灭效果考察

3．3．3不同反应条件对体系荧光增强效果的影响

3．3．4 Exo Ⅲ辅助荧光信号放大过程考察

3．3．5 Exo Ⅲ辅助荧光信号放大过程选择性的考察

3．3．6 应用：人体免疫缺损病毒HIV1浓度测试

3．4 本章小结

参考文献

第四章 论文总结以及下一步工作建议

4．1 论文总结

4．2 下一步工作建议

硕士期间科研成果情况

致谢

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