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在本论文工作中,结合SPR技术对界面折射率敏感的特性,将SPR传感金膜同时用作电化学研究界面,在自行组建的电化学SPR(EC-SPR)池中开展了电化学SPR对纳米界面的构建与应用研究,具体工作如下:
1.通过铁氰化铜薄膜在不同基底上的自组装证实了金纳米对复合薄膜的内部结构及外部形貌具有显著影响。金纳米的较高比表面积使其组装能力提高,却降低了薄膜的均一性。电化学SPR表征表明薄膜呈现一种非理想的表面生长模式。进一步原子力显微镜表征证实铁氰化铜在金纳米上呈三维立体排布,多层组装过程呈现树枝发散状。证实电化学SPR可以应用到纳米界面微结构的研究。
2.提出一种灵敏的利用金纳米增强SPR研究蛋白质构象变化的新方法。通过将金纳米组装到固定有蛋白质的金膜之上而构建了一个金膜-蛋白质-金纳米的三明治结构。在酸诱导细胞色素C构象发生改变的时候,增强的SPR信号可能是源于金纳米和金膜之间垂直距离或者耦合距离改变。这一夹心结构非常稳定,在连续循环改变缓冲液的pH值后仍然保持原始结构,细胞色素C的变性/复活过程是可逆的,证实可应用纳米粒子增强SPR研究蛋白质的构象变化。
3.提出一种新的采用络合反应诱导层层自组装锆离子/DNA多层薄膜的可控解离方法。络合剂对锆离子具有更强的结合能力,它能够取代DNA分子的磷酸骨架基团与锆离子发生相互作用,导致DNA多层薄膜解离。除了层层自组装薄膜的优点外,基于锆离子固定DNA的薄膜在基因治疗方面的优点还包括:薄膜可以通过改变络合剂和离子强度来可控解离。电泳迁移率实验和细胞转染试验证实释放的质粒DNA仍然保持有较高的分子完整性和细胞转录活性。本方法为可控调节基因治疗材料、蛋白质和药物提供了一种新的技术手段。
4.提出一种电化学诱导解离锆离子/DNA层层自组装多层薄膜的新途径。机理可能是电化学诱导离子迁移及离子在电极表面附近的电化学还原等共同作用导致的薄膜去稳定化。薄膜比较稳定,在外加电场作用下能够释放出其一部分成份,去除外加电场后则重新稳定,薄膜的解离速度与外加电场强度有关。
5.证实了基于概念的电化学解离锆离子/DNA层层自组装多层薄膜而选择性释放DNA的一种新方法。在较小的外加电场作用下,薄膜就能够选择性释放DNA分子,而具有潜在生物毒性的无机离子则被电化学沉积在电极表面。其电化学选择性解离机理主要是电化学诱导离子在薄膜中的迁移及电极表面的富集化,最后在外界电场诱导下进一步水解。所施加的电场既可以解离薄膜,又不会损伤DNA分子的结构。这一选择性释放方法可以显著降低离子的潜在毒性。
6.利用DNA双螺旋骨架上的磷酸根与二氧化钛纳米管(TNTs)的相互作用以及DNA分子本身很好的成膜特性将TNTs固定到金属电极表面,DNA-TNTs复合薄膜结构稳定,可以用来固定细胞色素C并实现其直接电化学,DNA起着一种“生物胶”的作用。