多功能二氧化硅纳米颗粒的制备、表征及其在生物分离分析中的应用

厦门大学

硕士学位论文

多功能二氧化硅纳米颗粒的制备、表征及其在生物分离分析中

的应用

姓名：罗洁

申请学位级别：硕士

专业：分析化学

指导教师：王小如;庄峙厦

20080901

摘要

灵敏即时地检测细菌、病毒等病原体无疑对临床具有重要的意义，但是目前的检测手段在检测低浓度的病原体时，通常需要先进行培养、ＰＣＲ扩增等，并且样品中其它杂质会干扰或抑制目标微生物信号。将目标病原体从样品中分离出来，可以起到预浓缩及降低干扰的作用。磁性纳米粒子具有纳米粒子一般的特性外还具有超顺磁性，在外磁场作用下，固液相的分离十分简单，可省去离心、过滤等繁杂的操作，并可在外磁场作用下定位，具有十分突出的优点。但现有方法制备的磁性纳米粒子基本为油溶性且难于官能化，使得其在生物分离分析方面的应用受到严重的限制。用Ｓｉ０２微球包裹的纳米磁性不但保留了磁性粒子原有的特性，而且改善了其分散性，同时也为进一步的功能化提供了很好的载体，这样的一种磁场可控的体系，将在细菌分离检测方面具有潜在的应用前景。在这种体系中继续掺杂荧光物质，形成一种可控荧光体系，这样不仅可控而且可监测，这样对于研究许多生物机理问题有很大帮助。本论文采用了不同的方法制备了具有生物靶向、荧光以及超顺磁三重功能的Ｓｉ０２纳米颗粒，并将之应用于致病菌溶藻弧菌的磁性分离检测。本论文共分为四章。

论文的第一章为绪论，先概述了纳米材料的定义及其特性，然后简单介绍了几种常见与生物分析化学相关的纳米材料以及它们的应用，包括金纳米颗粒，量子点，高分子聚合物纳米颗粒和Ｓｉ０２纳米颗粒。最后重点论述了Ｓｉ０２纳米颗粒及其复合材料的制备技术，以及在生物分析化学领域的研究现状。在综述的基础上，提出了本论文的研究设想。

论文的第二章以反相胶束法制备介孑Ｌｓｉ０２微球，并应用ＳＥＭ、ＴＥＭ、氮气吸附等多种现代分析手段对所制备的纳米微球进行表征。实验系统地考察了体系中乙醇／水比例，氨水的用量，ＣＡＴＢ的用量，温度和搅拌速度这五个条件对所制备的介孔Ｓｉ０２微球的粒径、均一性及分散性的影响。此外，通过样品的ＴＥＭ表征以及氮气吸附．脱附曲线，证明了制备的Ｓｉ０２微球为介孔材料，且样品的比表面积为９５２．４Ｉｎ２／ｇ，平均的孔径为２．０ｎｌｎ。上述实验结果得出了合成的最优条件，为制备均一单分散且具有可控粒径的介孔Ｓｉ０２微球提供方法指导，也为下一步制备Ｓｉ０２基多功能复合材料提供基础。本章还采用将荧光团修饰的硅烷前驱体与

ＴＥＯＳ共水解的方法制备了粒径约为４００ｎｍ的荧光介孔Ｓｉ０２微球。

论文的第三章本章分别应用水热法和热解法制备了超顺磁性Ｆｅ３０４和ＭｎＦｅ２０４纳米粒子，并应用ＳＥＭ、ＴＥＭ、ＸＲＤ、ＳＱＵｔＯ等方法对所制备的磁性纳米粒子的表征，获得了所制备的磁性纳米粒子的性状特征参数。结合第二章的实验结果，针对性地选择适当的包埋方法制备了具有核壳型结构磁性Ｓｉ０２复合纳米颗粒，包括：应用Ｓｔ６ｂｅｒ法对由水热法制备的大粒径的磁性Ｆｅ３０４纳米粒子进行包埋，成功制备了以１００ｎｍ的Ｆｅ３０４纳米粒子为核、２０ａｍ的Ｓｉ０２为壳的核壳型复合纳米颗粒；应用反相胶束法对由热解法制备的磁性ＭｎＦｅ２０４纳米粒子进行了包埋。利用ＣＴＡＢ对油溶性ＭｎＦｅ２０４纳米粒子进行了改性，通过改变实验条件成功制备了具有核壳结构的ＭｎＶｅ礁０４＠Ｓｉ０２复合纳米颗粒以及纳米棒，并提出了相应的原理；应用微乳液法对由热解法制备的磁性ＭｎＦｅ２０４纳米粒子进行包埋，制备了具有核壳型结构、形貌良好、均一性和分散性良好的磁性ＭｎＦｅ２０４＠Ｓｉ０２复合纳米颗粒。

论文的第四章以本论文第三章的实验结果为参考，采用微乳液法制备两种同时包埋有超顺磁性纳米粒子和荧光探针的核壳型Ｓｉ０２复合纳米颗粒ＮＰ．１和Ｎ－Ｐ．２，其中ＮＰ．１以ＣｄＴｅＱＤｓ为荧光探针，ＮＰ．２以有机荧光染料分子ＦＩＴＣ为荧光探针。选用具有超顺磁性、荧光强度强且稳定ＮＰ．２，对其进行溶藻弧菌抗体蛋白标记，使其对溶藻弧菌具有生物靶向性，从而制备得具有靶向、荧光、超顺磁三重功能的Ｓｉ０２复合纳米颗粒。将该多功能复合纳米颗粒与溶藻弧菌混合后，利用抗原抗体特异性结合将纳米颗粒吸附到溶藻弧菌表面，使用外加磁场对纳米颗粒．溶藻弧菌进行分离，利用ＴＥＭ、荧光共聚焦显微等方法对复合物进行了表征，证明了该颗粒可应用于溶藻弧菌的分离分析。关键词：荧光；超顺磁性；生物靶向性；溶藻弧菌：二氧化硅纳米颗粒

Ａｂｓｔｒａｃｔ

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Ｔｈｅｒｅｉｓｎｏｄｏｕｂｔｔｈａｔｉｎｓｔａｎｔａｎｄｓｅｎｓｉｔｉｖｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｐａｔｈｏｇｅｎｓｓｕｃｈａｓｂａｃｔｅｒｉａ，ｖｉｒｕｓ岱ｏｆｆｅｒｓｏｂｖｉｏｕｓｃｌｉｎｉｃａｌｂｅｎｅｆｉｔ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅｉｓ，ｔｏｄａｔｅ，１１０ｇｅｎｅｒａｌａｓｓａｙｔｈａｔｃｏｕｌｄｄｅｔｅｃｔｂａｃｔｅｒｉａａｔｖｅｒｙｌｏｖｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｗｉｔｈｏｕｔｉｎｃｕｂａｔｉｏｎＯｒａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎｂｙｐｏｌｙｍｅｒａｓｅｃｈａｉｎ

Ｃｏｍｐｌｅｘｓａｍｐｌｅｍａｙｓｕｐｐｒｅｓｓｏｒｒｅａｃｔｉｏｎ（ＰＣＲ）．Ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｃｅｏｆｔｈｅｉｍｐｕｒｉｔｉｅｓｉｎａｉｎｔｅｒｆｅｒｅｔｈｅｓｉｇｎａｌｏｆｔｈｅｔａｒｇｅｔｍｉｃｒｏｏｇｍａｉｓｍ．

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ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓｓｅｐａｒａｔｉｏｎ

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ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ

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ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ａｎｄｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅａｔ１１ｃｉｒｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｗｉｔｈｏｕｔｇｏｏｄｔｅｍｐｌａｔｅｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｉｒＳｉ０２ｗｉｌｌａｌｓｏａｆｆｏｒｄ

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