DNA折纸结构用于形状可控纳米粒子的制备及其作为表面增强拉曼基底在中药检测中的应用

摘要

DNA折纸结构的形状十分多样，几乎可以被构建成任意形状。但与其它材料的纳米粒子相比，DNA折纸结构的稳定性相对较差，在一定程度上限制了它的应用。如果能以DNA折纸结构为模板，制备出与其形状相同的其它材料的纳米粒子，则可将该纳米结构的尺寸和形状优势与材料的稳定性结合，以满足对不同形状不同材料纳米粒子的需求。
　　近年来，非法对中药材进行人工染色的情况时有发生。在针对中药材中添加色素的检测方法中，拉曼光谱法因对样品无损伤，且对样品预处理的要求很低，甚至无需进行预处理，具有很大的优势。其中，表面增强拉曼散射（Surface-Enhanced Raman Scattering,SERS）光谱技术因具有很高的检测灵敏度而被广泛应用。而表面增强拉曼散射的增强效应与其活性基底的形状有关。因此，寻找形状多变、可控性强的纳米粒子来做SERS基底十分必要。若将DNA折纸结构与SERS基底结合起来，可极大促进表面增强拉曼光谱的发展。
　　基于以上背景，本文首先对DNA折纸结构在不同条件下的稳定性进行了研究，为其在不同领域的应用提供理论基础。实验结果表明，DNA折纸结构在缓冲液中很稳定，可长期保存，但受温度的影响较大，只能在低于解离温度的环境中存在；当把DNA折纸结构固定在基底上并置于空气中时，其稳定性很差，不能长期保存，但此时其对温度的耐受程度比较强，可耐受约200℃的高温；另外，溶液中的镁离子浓度对DNA折纸结构的稳定性起着关键作用，且在一定范围内，随着镁离子浓度的增高，DNA折纸结构逐渐出现团聚趋势。
　　其次，在DNA折纸结构稳定存在的前提下，本文发展出了一种以其为模板制作二氧化硅纳米粒子的方法，通过一种助结构导向剂的连接，在DNA折纸结构的表面包裹一层二氧化硅，合成与其结构形状相同的二氧化硅纳米粒子。通过该种方法可制备出形状可控的纳米粒子。本文采用上述方法合成了矩形、滚筒型、五角星形和四面体线框结构的二氧化硅纳米粒子，并通过原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、能谱（EDS）、X射线衍射仪（XRD）、小角X射线散射仪（SAXS）等方法对粒子的性质进行分析。结果表明，使用该方法所得粒子为核壳结构，且壳层二氧化硅为无定型的介孔结构。
　　在不同形状的二氧化硅纳米粒子外喷一层金，可将其作为SERS基底，对中药中的柠檬黄和日落黄进行拉曼检测。实验结果表明，滚筒型的粒子的SERS效应最强，可以其为SERS基底可对中药中的非法添加色素进行拉曼检测。

目录

声明

第一章绪论

1.1 DNA折纸结构（DNA origami）及其应用

1.2拉曼光谱分析技术

1.3中药材中色素的检测

1.4本论文的研究意义和研究内容

第二章DNA origami稳定性的研究

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4本章小结

第三章以DNA折纸为模板合成多种不同形状的二氧化硅纳米粒子

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4本章小结

第四章以不同形状的纳米粒子为拉曼增强基底时在中药材非法添加色素检测方面的应用

4.2实验部分

4.3结果与讨论

4.4本章小结

第五章总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

附录

致谢