生物分子修饰的纳米金及其多维组装

论文摘要

纳米金粒子由于具有大的比表面积、高表面能、高的表面活性而展现出的小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应等特性,使其在催化、光学、电学及生物技术等领域有着重要应用。随着纳米技术发展及其与各学科领域的相互交融,纳米技术将会更注重按人们的意愿设计、组装和创造特殊的多维纳米结构体系,从而使这些体系具有一定的特性和功能。比如,具有多维结构的纳米金材料在表面增强拉曼散射,有效催化化学反应,生物膜,传感器,电化学检测等方面有着广泛的应用前景。因此,设计和构筑具有特殊微纳结构的新型复合纳米结构,探索纳米结构组装的新方法是目前纳米材料研究领域的一个极其重要的方向。这些研究将为纳米金材料的制备、多维组装以及拓展其应用提供重要的理论依据。在本论文的研究中,选用氨基酸和蛋白质分子修饰纳米金,以环境因素调控的方法为基础,结合氨基酸和蛋白质分子的结构特性以及在环境因素影响下的自组装性能,对纳米金粒子及其组装过程进行了调控,并在此基础上进行了纳米金粒子及其组装体性能和功能研究。1.溴离子诱导三维海绵状金/谷氨酸纳米复合材料的形成及其SERS效应通过加入溴化钠的方法制备了三维海绵状结构的纳米金组装体,制备的金/谷氨酸纳米复合材料通过透射电镜、扫描电镜、紫外-可见吸收光谱仪、X射线衍射仪等手段进行表征。实验结果显示,三维的海绵状金/谷氨酸钠米材料由平均直径50nm的金纳米粒了彼此之间通过定向联接机理组装而成。在纳米金组装过程中,除了静电屏蔽作用,溴离子取代金表面的羧基也非常重要,这使纳米粒了之间范德华引力增加,有利于粒子的组装。进一步研究发现,所制备的海绵状金纳米材料能够作为表面增强拉曼散射的基底,在检测罗丹明6G分子时,显示出很高的SERS活性和稳定性。因此,制备的NaBr诱导形成的SERS基底在化学和生物分析、医学检测方面具有潜在应用价值。2.pH诱导谷氨酸体系中纳米金的多维组装及应用pH降低诱导谷氨酸稳定的金纳米粒子自组装生成一维、二维和三维的纳米金聚集体。制备的纳米金聚集体通过透射电镜、扫描电镜、紫外-可见吸收光谱仪、X射线衍射仪等手段进行表征。实验结果显示多维网络结构组装体由纳米球熔合组装形成的。pH值的减小,导致羧基质子化,从而减小了静电斥力。由于谷氨酸上质子化羧基的桥连作用,导致纳米金粒子进行自组装,形成多维结构。然而通过提高pH值或升高温度,很难将pH诱导形成的纳米金组装体解散,但是加入少量的NaBr却能实现。此外,这种网状结构的纳米金组装体也是很好的表面增强活性基底,以罗丹明6G和4-巯基吡啶分子作为探针,发现pH诱导形成的纳米金组装体比分散的金纳米粒子具有明显增强的SERS效应。3.酪蛋白胶束稳定纳米金的制备及其荧光、催化特性研究在酪蛋白体系中,以硼氢化钠为还原剂,成功的制备出了具有催化特性和荧光特性稳定的纳米金。以透射电镜、紫外-可见吸收光谱仪、荧光光谱仪等测试手段对制备的纳米金进行表征。实验结果显示,pH值和酪蛋白浓度的升高,有利于生成小粒径的纳米金,小尺寸的纳米金是还原4-硝基苯酚反应的良好的良好催化剂。通过调节反应物浓度,成功制备了具有荧光性质的纳米金团簇,研究了酪蛋白浓度、pH值、卤素等因素对纳米金荧光性质的影响。因此,制备的纳米金在催化反应和生物标记方面具有潜在应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米材料
• 1.1.1 纳米材料的特性
• 1.1.2 纳米材料的制备方法
• 1.2 纳米结构的自组装
• 1.3 拉曼光谱与增强拉曼光谱
• 1.3.1 拉曼散射简介
• 1.3.2 增强拉曼光谱
• 1.3.2.1 表面增强拉曼光谱（SERS）
• 1.3.2.2 共振增强拉曼光谱（RRS）
• 1.4 纳米催化剂
• 1.4.1 纳米催化剂的作用
• 1.4.2 纳米粒子催化剂的种类
• 1.5 本文的研究内容及意义
• 参考文献
• 第二章 溴离子诱导三维海绵状金/谷氨酸纳米复合材料的形成及其SERS效应
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 实验方法
• 2.2.2.1 谷氨酸稳定的纳米金的制备
• 2.2.2.2 三维海绵状金/谷氨酸纳米复合材料的制备
• 2.2.2.3 金/谷氨酸纳米复合材料的表征
• 2.2.2.4 R6G在纳米金基底上SERS信号检测
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 NaBr诱导生成海绵状金/谷氨酸纳米复合材料
• 2.3.2 其它NaX对谷氨酸修饰的纳米金组装行为的影响
• 2.3.3 三维海绵状金/谷氨酸纳米复合材料形成机理探讨
• 2.3.4 NaX对组氨酸修饰的纳米金的影响
• 2.3.5 海绵状金/谷氨酸纳米复合材料SERS效应
• 参考文献
• 第三章 pH诱导谷氨酸修饰纳米金的多维组装及其应用
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.2.1 制备谷氨酸修饰的纳米金
• 3.2.2.2 pH调控生成纳米金聚集体
• 3.2.2.3 金/谷氨酸聚集休的表征
• 3.2.2.4 纳米金聚集体的SERS测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 pH诱导纳米金聚集体的形成
• 3.3.2 环境因素对纳米金聚集体的影响
• 3.3.2.1 pH和温度对纳米金聚集体稳定性影响
• 3.3.2.2 溴化钠对纳米金聚集体稳定性影响
• 3.3.3 溴化钠对pH诱导纳米金自组装的影响
• 3.3.4 pH诱导纳米金自组装机理探讨
• 3.3.5 纳米金聚集体的SERS效应
• 3.3.5.1 不同浓度R6G对纳米金聚集体SERS效应研究
• 3.3.5.2 不同pH条件制备的纳米金聚集体SERS效应研究
• 3.3.5.3 4-巯基嘧啶对纳米金聚集体SERS效应研究
• 参考文献
• 第四章 酪蛋白胶束稳定的纳米金的制备及催化、荧光特性研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验试剂
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.2.1 酪蛋白胶束稳定纳米金的制备
• 4.2.2.2 纳米金催化还原4-硝基苯酚
• 4.2.2.3 荧光特性纳米金溶液的制备
• 4.2.2.4 纳米金材料的表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 酪蛋白胶束稳定纳米金的制备
• 4.3.2 酪蛋白胶束稳定纳米金的催化特性
• 4.3.3 酪蛋白胶束稳定的纳米金的荧光特性
• 4.3.3.1 纳米金浓度对团簇荧光特性的影响
• 4.3.3.2 pH值对纳米金团簇荧光特性的影响
• 4.3.3.3 纳米金团簇荧光特性随时间的变化
• 4.3.3.4 酪蛋白浓度对纳米金团簇荧光特性的影响
• 4.3.3.5 卤素对纳米金团簇荧光特性的影响
• 参考文献
• 结论
• 硕士学位期间已发（待发）论文
• 致谢