基于表面力仪云母表面生物分子吸附特性的研究

摘要

近年以来，随着微纳机电设备的广泛应用，生物膜（尤其是生物大分子薄膜）正被逐渐了解并应用于生命科学、微纳医疗、生物芯片、微纳润滑等领域。生物膜凭借其优良的物理、化学、机械性能正越来越受到人们广泛的关注。本文利用表面力仪(SurfaceForces Apparatus，SFA)技术研究了云母表面生物吸附膜的几何形貌与吸附特性。本文主要工作如下:
　　1.研究了甲醇在云母表面的吸附特性。利用改进的SFA系统实现了气态条件下甲醇分子在云母表面的直接吸附。研究表明，吸附在云母表面的甲醇膜具有分层特性，外层膜呈现出液体特性，而内层膜则呈现出类固态特性，并且能够承受高达5.6个标准大气压的法向载荷，这为甲醇分子膜在边界润滑中的应用提供了实验依据。
　　2.研究了ssDNA（single-strand DNA，即单链DNA）在云母表面的吸附行为和力学特性。探究了ssDNA吸附层在不同实验条件下的表面力及吸附特性，主要包括:ssDNA浓度、桥接离子种类及其浓度等对DNA吸附层厚度、几何形貌与粘附力的影响，分析了DNA吸附层形成的内在机理，实验验证了阳离子桥接作用的存在。
　　3.研究了ssDNA在云母表面的解吸附现象。本文通过向缓冲液中添加单价阳离子，使原本吸附在云母表面的DNA发生解吸附行为，并最终逐渐从云母表而解吸附。深入讨论了DNA解吸附现象的内在原因。
　　本文首次利用SFA技术研究了基于阳离子桥接作用的云母表面DNA层的吸附特性与解吸附特性，吸附层的形貌、力学特性以及影响其形成的主要因素。本文相关工作可以为系统地研究DNA在固液界面上的特性提供可靠的实验方法与初步的实验成果，并为全面开展固液界面上有机大分子膜的吸附研究提供理论与实验基础。此外，本文相关实验研究将为生物薄膜在微纳机电设备中的应用提供理论基础与实验指导，并对生物薄膜在纳米器件、医疗器械等领域的应用与发展具有重大意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 研究现状

1．2．1 表面吸附技术研究现状

1．2．2 实验技术方法研究现状

1．2．3 DNA吸附特性研究现状

1．3 研究目的与主要内容

1．3．1 本文研究目的

1．3．2 关键技术及可行性分析

1．3．3 本文主要工作内容安排

第二章 DLVO理论基础

2．1 DLVO理论介绍

2．2 表面间作用力

2．2．1 范德华力

2．2．2 双电层力

2．3 本章小结

第三章 表面力仪(SFA)实验技术

3．1 SFA发展历史与应用

3．2 SFA2000的基本结构

3．3 SFA2000的实验原理

3．3．1 多光束干涉法

3．3．2 法向力的测量

3．4 SFA2000系统的调试

3．5 本章小结

第四章 实验流程设计与甲醇分子吸附特性研究

4．1 实验准备

4．1．1 实验表面准备

4．1． 2 光路调节

4．1．3 设备的清洗与钝化

4．2 实验流程

4．3 SFA2000系统的改进

4．4 气态甲醇分子在云母表面的吸附实验

4．4．1 实验材料

4．4．2 实验原理与过程

4．4．3 实验结果与讨论分析

4．4．4 小结

4．5 本章小结

第五章 DNA分子吸附特性研究

5．1 单链DNA在云母表面的吸附实验

5．1．1 实验材料

5．1．2 实验前期准备

5．1．3 实验过程

5．1．4 实验结果与讨论分析

5．1．5 小结

5．2 单链DNA在云母表面的解吸附实验

5．2．1 实验前期准备

5．2．2 实验过程

5．2．3 实验结果与讨论分析

5．2．4 小结

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 论文主要内容

6．2 论文创新之处

6．3 未来工作展望

致谢

硕士期间学术成果

参考文献