局部刻蚀和超声波法石英毛细管微纳界面的制备和表征

摘要

近年来，随着微流控研究的不断深入，纳流控作为微流控的类似物逐渐进入了人们的视野并成为新的研究领域。纳流控是指在至少一维尺度上小于100 nm的装置上进行的研究和应用。纳米通道的尺寸与双电层厚度、DNA、蛋白质等生物大分子尺寸相近，使其具有了独特的离子传输性质—浓度极化效应。基于此效应，纳流控界面常被用作微芯片中样品的电动预浓集单元。
　　本论文第一章以芯片毛细管电泳中样品的电动预浓集为主要背景，综述了纳流控相关理论、微纳界面浓度极化理论、整流效应、芯片的制作方法及其潜在应用。
　　第二章，利用局部刻蚀方法代替原有的整体刻蚀方法来制备石英纳米孔。改进后的具有纳米孔的石英毛细管壁厚度增大至40-50μm，是修饰前的10倍左右。孔的电阻重现性较好。电流电压曲线表明，改进后的纳米孔是对称的，不存在整流效应。局部刻蚀芯片可用于稳定浓集荧光素钠，对绿色荧光蛋白的浓集倍数至少为100。实验利用聚电解质层层修饰的方法，灵活改变纳米通道的表面电荷极性，并用修饰后芯片对荧光素钠和罗丹明6G的浓集实验进行验证。
　　第三章，用超声波法制备了纳米狭缝，用理论模型计算了纳米狭缝的宽度并用扫描电镜对纳米狭缝宽度进行验证。纳米狭缝的宽度在20-300 nm之间。制作的纳米狭缝微芯片可对荧光素钠稳定浓集，对λDNA可进行至少105倍浓集。
　　研究表明，局部刻蚀和纳米狭缝微纳界面可以对荧光素钠和生物大分子如蛋白质、λDNA稳定有效浓集。预测该界面在样品在线检测中有较好的应用前景。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 浓度极化及其应用

1．2．1 纳米通道内的离子传输

1．2．2 浓度极化基本理论

1．2．3 浓度极化的应用

1．3 整流效应

1．3．1 整流效应的基本原理

1．3．2 纳米通道的应用

1．4 纳米通道的制备

1．4．1 机械微加工法

1．4．2 其他方法

1．5 聚电解质及其在纳流控研究中的应用

1．6 防止蛋白质吸附的方法

1．7 本课题的研究意义与内容

第2章 基于毛细管整体刻蚀微纳界面的改进

2．1 引言

2．2 仪器与试剂

2．2．1 实验仪器

2．2．2 实验试剂

2．2．3 溶液的配置

2．3 实验操作

2．3．1 毛细管上微纳界面的建立

2．3．2 毛细管刻蚀膜微纳流控界面上电压—电流的测定

2．3．3 电压对微纳界面的影响

2．3．4 微纳界面的表面修饰

2．3．5 修饰后芯片浓度极化的研究

2．3．6 绿色荧光蛋白在石英毛细管微纳界面浓集现象的研究

2．4 结果与讨论

2．4．1 两种纳米孔上的电流电压曲线

2．4．2 局部刻蚀芯片对荧光素钠浓集的浓集

2．4．3 两种芯片的强度的研究

2．4．4 局部刻蚀芯片对GFP的浓集

2．4．5 微／纳通道的表面修饰

2．5 本章小结

第3章 纳米狭缝的制备及其表征

3．1 引言

3．2 仪器与试剂

3．2．1 实验仪器

3．2．2 实验试剂

3．2．3 溶液的配置

3．3 实验操作

3．3．1 纳米狭缝的制作与保存

3．3．2 狭缝宽度的研究

3．3．3 纳米狭缝微纳界面上I-V曲线的测定

3．3．4 不同条件下荧光探针分子在微纳界面上的浓度极化现象的研究

3．4 结果与讨论

3．4．1 纳米狭缝的整流特点研究

3．4．2 毛细管狭缝宽度的理论计算结果及狭缝宽度

3．4．3 狭缝的电镜表征

3．4．4 微纳界面处的浓集极化现象

3．4．5 纳米狭缝微纳界面对DNA的浓集

3．5 本章小结

第4章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文