基于可控纳米间隙电极的复合传感器制备及应用研究

摘要

基于纳米间隙的传感器是具有较小尺寸的检测设备，具有灵敏度高、检测限低的优异性能，并得到了广泛研究。同时，由于受到纳米电极之间的间距制做能力的限制，这种纳米间隙生物传感器在纳米和分子电子学领域的发展受到制约。因此金属纳米颗粒，尤其是金纳米颗粒用来缩短间隙大小，已经得到了研究并应用到纳米间隙电极传感器的制备上。在过去十年中，研究领域集中在纳米间隙传感器间隙调控，减少操作时间和成本，高通量易读写以及高新型高灵敏生物传感方面。并取得了长足的进展。然而，在传感器的检测灵敏度、信号强度、稳定性方面还有待改进，本论文的主旨是研究并拓展了纳米间隙传感器的制作方法和应用领域。
　　 本论文的主要内容，是通过使用金纳米颗粒的沉积来缩短已有的微米间隙叉指电极的间距的方法，以构筑合适间距的纳米间隙电极传感器。分别采用电学、电化学的复合检测手段对生物分子进行检测，另外构筑了基于利用环糊精空腔的捕获作用的多氯联苯传感器，高灵敏度、低检测限的检测了多种多氯联苯。
　　 论文的第一章，综述了基于纳米间隙电极传感器，尤其是生物传感器的发展历史、分类以及工作原理等。详细阐述了本论文研究工作的选题依据、研究内容和创新点。
　　 论文的第二章主要介绍了多种不同形貌金纳米颗粒的合成方法，即金纳米球形颗粒、金-银核壳纳米颗粒、金纳米多面体以及金纳米棒等的详细合成过程。对得到的金纳米材料进行了表征，分析研究了影响金纳米材料形状和结构的因素。
　　 论文的第三章利用金纳米颗粒及其原位生长的手段在2.5μm叉指电极之间构筑了金颗粒纳米间隙，叉指电极以及纳米金之间的表面形貌用原子力显微镜进行了分析，并成功的应用电学Ⅰ-Ⅴ曲线和电化学阻抗/循环伏安的方法对所选取的链霉亲和素-生物素特异性结合进行了检测，由于CdSe量子点的作用，紫外光对检测结果有明显的增强作用。
　　 论文的第四章，制作了金纳米颗粒调控的纳米间隙电极多氯联苯传感器，并利用环糊精分子空腔对于多氯联苯的捕获作用，发展了一种基于纳米间隙电极的可行的检测多氯联苯新方法，检测结果灵敏度高，五种多氯联苯的检测浓度低至1nM，并对所测有机分子的介电性能和分子体积有较高选择性。
　　 最后对全文进行了总结，并对下一步工作提出了展望。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 纳米材料传感器

1.2.1 纳米材料电化学传感器

1.2.2 纳米材料电学传感器

1.3 基于纳米间隙电极的传感器件

1.3.1 平面型纳米间隙电极

1.3.2 垂直型纳米间隙电极

1.4 本论文的选题思路、研究内容及创新点

1.4.1 本文选题思路

1.4.2 本文的研究内容

1.4.3 本文的创新点

参考文献

第2章 金纳米材料形貌调控的研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 主要化学试剂及规格

2.2.2 多种形貌调控下金纳米颗粒的合成

2.2.3 样品表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 柠檬酸三钠还原金纳米颗粒的合成

2.3.2 紫外光辐照金-银核壳纳米颗粒合成

2.3.3 CTAC保护剂下的银离子调控法合成

2.3.4 CTAB保护剂下的银离子调控法合成

2.4 本章小结

参考文献

第3章 紫外光增强的复合型生物传感器

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 主要化学试剂及规格

3.2.2 可控纳米间隙电极生物传感器的制作

3.2.3 样品表征

3.2.4 电学、电化学测试

3.3 结果与讨论

3.3.1 合成的金纳米颗粒形貌、尺寸表征

3.3.2 金纳米颗粒的原位生长及间隙大小调控

3.3.3 纳米间隙表面形貌、显微结构表征

3.3.4 基于纳米间隙电极生物传感器的电学检测

3.3.5 基于纳米间隙电极生物传感器的电化学检测

3.4 本章小结

参考文献

第4章 基于纳米间隙电极的新型多氯联苯传感器

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 主要化学试剂及规格

4.2.2 可控纳米间隙电极PCB传感器的制作

4.2.3 样品表征

4.2.4 电学测试

4.3 结果与讨论

4.3.1 环糊精修饰的纳米间隙电极形貌表征

4.3.2 环糊精-多氯联苯修饰的电极表面元素分析

4.3.3 多氯联苯的纳米间隙电极电学检测

4.3.4 多氯联苯-101的电学检测曲线理论模拟

4.3.5 纳米间隙电极对PCB检测的选择性研究

4.4 本章小结

参考文献

总结与展望

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果