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纳米生物介电特性和免疫电检测的研究

蔡强

  纳米技术作为二十世纪末新兴的技术,其研究领域迅速拓展。纳米生物检测,作为纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学等学科的交叉学科,更具有重要的意义。纳米生物检测技术涉及面广泛,纳米金是其中一个重要的研究领域。纳米金作为一种免疫标记技术正日益成熟。纳米金作为典型的纳米金属粒子,其电学特性的研究以及免疫检测应用也已引起人们的重视,这方面的研究正处于起步阶段,研究深度还有待提高。本文致力于研究纳米金-抗原-抗体复合物的电学表征方法,以期在免疫学上得到应用,实现快速、灵敏、简便的免疫检测。基于抗体的免疫检测对于临床诊断、食品工业、生物科技研究等具有重要意义。然而,抗原—抗体结合后介电特性的变化相当微弱,给检测造成很大困难。如抗原—抗体复合物的阻抗过大,结合前后的阻抗变化又很小。这都极大地限制了其电检测方法的发展。为解决这些难点,本文以纳米金-抗原-抗体复合物为研究对象,讨论因纳米金掺杂产生的纳米生物半导体效应,并以此复合物为检测目标,研究生物半导体的介电特性及其表征技术和免疫电检测的方法。本文从两个方面去解决这一难题。一、以多孔薄膜作为纳米金-抗原-抗体复合物的固相载体,并以交流电导为检测目标,综合考虑电极、频率、掺杂离子等优化因素,降低检测中的基础阻抗。二、把纳米金-抗原-抗体复合物作为工作电极的修饰物,以纳米金的聚集状态表达抗原抗体的结合,从而实现增强修饰电极双电层变化的目的。针对第一种方案,采用纤维素薄膜作为固相载体,固定纳米金-抗原-抗体复合物,采用自行研制的双环状渗滤电极进行电导率检测,分析表明电导率表征抗原浓度具有较好的灵敏度。针对第二种方案,采用自组织膜修饰金圆盘电极,然后利用膜上的末端基团,固定纳米金-抗原-抗体复合物,采用自行研制的小幅度三角波扫描仪测量复合物密度与双电层电容的关系,分析表明,该检测方法提高了原来无标记电容生物检测法的灵敏度,拓展了电容生物检测法的应用领域。这两项研究还表明,采用纳米金复合物后,电检测方法的灵敏度还具有很大的提高空间,具有免去PCR环节潜力。其意义在于可使用常规仪器实现单分子量级生物检测。在上述方法中,非常重要的一个环节是控制纳米金生物组装过程。本文采浙江大学博士学位论文-用了原子力显微镜分析抗原一抗体的结合力谱,试验生物大分子结合条件,为控一制纳米金组装提供依据。‘_为了有效地分析实验数据,正确理解和充分利用纳米金生物复合物的电学一特性,本文结合实验进行理论分析。分析从三个方面次序进行:纳米金粒子薄膜卜的介质状态下的介观物理过程;纳米金粒子薄膜对双电层重构的贡献;纳米金复二合物与生物亲和反应的关系。分析表明,生物亲和反应程度影响了纳米金复合物丫在体系中的体积百分数,而这个体积百分数决定了体系的电导率和重构的双电层z-特性。‘最后,为了进一步说明纳米金生物复合物电检测的实用价值和可行性,本g,’文提出了一个基于纳米金生物半导体机理的多种肝炎检测的设计方案。。,……   
[关键词]:纳米金;电导;双电层;电容;生物组装;免疫检测;AFM
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:浙江大学2002年