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纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。纳米结构的制备主要有两种途径:一类是自上而下(Top-down)的物理方法;另一类则是自下而上(Bottom-up)的化学方法。化学方法中的纳米粒子组装是将纳米粒子组织化、结构化和有序化的一项技术,这种纳米粒子的复合结构将会产生一系列新的物理化学性质,因此开展这一体系的研究不但具有科学意义,而且有重要的应用前景。
DNA序列对于每个生物体来说都是独一无二的,利用这一独特性我们可以通过识别核酸序列鉴别和诊断各种疾病。为了更有效的抗击这些疾病,快速和准确的检测出DNA就显得至关重要。迄今为止,采用纳米粒子作为探针,在检测DNA的领域取得了很大的突破。可以预见未来的发展将需要更多既简便又具有高灵敏性的纳米生物检测方法。
MALDI-TOF MS技术是近年来发展较为迅速的分析检测技术之一,并以其快速、准确、灵敏等优点受到不同领域研究者的青睐。为了促进该技术更好的服务于各研究方向,人们正不断的探索更有效的实验平台,比如发展了多孔硅及具有特殊性质的纳米结构,以期克服基质的使用在MALDI-TOF MS方面造成的诸多不利影响。而利用MALDI-TOF MS对DNA方面的研究更是激起了人们极大的兴趣,尤其是在对DNA微阵列或DNA芯片的表征方面,寻求更加方便有效的实验方法,比如与纳米技术的结合等。
基于以上几方面的研究进展,本文研究了纳米粒子的组装行为,及其对组装得到的纳米结构,在DNA检测和激光解吸离子化飞行时间质谱方面的应用进行了初步的探讨。除此之外,还在过渡金属的芴配合物方面做了一些工作。主要研究成果包括四个方面:
1.我们发展了一种多功能的纳米粒子界面组装方法。实验体系中利用了两种类型的探针进行表征:金纳米粒子探针(DNA-AuNPs)和氟分子标记的探针(F-DNA)。这种方法结合了自然界本来赋予的DNA杂交组装,以及我们设计的利用氟相互作用的聚集策略。通过这种方法,可以进行DNA检测。反应体系中加入目标DNA后,会在气相-液相界面、液相-液相界面、液相-固相界面观察到紫色的金膜或蓝色的金纳米粒子的密堆积结构。而从杂交溶液中到固体基板上,直接形成的金纳米粒子的密堆积组装结构,为下一步进行结合以等离子体为基础的实验方法提供了潜在的可能性。
2.成功制备了一种双重杂化纳米结构,在功能方面是由聚电解质和SiO2纳米粒子层层组装得到的多层膜的多孔结构及金纳米粒子的表面化学的完美地结合。实验表明,该杂化结构可以利用LDI-TOF MS在不用任何有机基质的条件下,直接进行表面组装的SAM结构的表征。
3.我们报道了多种基于纳米粒子的多孔纳米结构的设计和构筑,用于MALDI-TOF MS对表面组装的DNA的分析,并促进其有效的解吸附。为了产生纳米多孔基板,我们选用交替层层静电吸附,在硅片上组装多孔金纳米粒子组装的多层膜或金和二氧化硅纳米粒子杂化组装的多层膜。这些基板都很容易制作和处理,可以通过Au-S键将巯基修饰的寡核苷酸固定到组装膜表面。多孔结构的表面形貌可以利用扫描电子显微镜(SEM)进行测试。利用MALDI-TOF MS可以对固定在基于金纳米粒子界面上的单链DNA和由两条或三条DNA链杂交成的双链DNA进行分析。值得注意的是,除了能够对杂交体系中第二或第三条DNA链的识别外,我们可以对由金纳米粒子和二氧化硅纳米粒子组装的基板上共价键结合的巯基DNA的SAM进行直接的分析。我们固定在纳米粒子组装的纳米多孔基板上的单链DNA和双链DNA与MALDI-TOF MS之间的作用机理做了一些初步探讨,而且,为了证实我们所设计的实验体系的有效性,制备了一系列由单纯的金纳米粒子组装或金纳米粒子和二氧化硅纳米粒子共同组装得到的基板。
4.根据文献我们得到了一种在配合物方面研究较少的4,5.-二氮螺旋二芴(L1)配体,而且在合成的过程中成功合成了一种副产物过氧化双-9-二苯基-4,5-二氮芴(L2)。通过溶液法,以两种芴为配体,合成得到了四种配合物:[Cu3(L1)4-(NO3)6(H2O)2]·2CH3CN(1),[Cu(L1)(CH3CO2)2(H2O)]·2H2O(2),[Cd(L1)2(NO3)2]·DMF(3)和[Zn2(L2)(μ-Cl)2Cl2]∞(4),并对这四种配合物进行了充分的结构分析。同时我们还对以4,5-二氮螺旋二芴为配体得到的三种配合物,做了与配体本身相对照的紫外-可见吸收光谱,及溶液中的荧光分析。