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DNA与水滑石组装薄膜的制备及相互作用研究

作　者: 齐永莲
导　师: 徐赛龙
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 生物复合薄膜层层自组装(LBL) DNA 层状双羟基氢氧化物(LDHs) 表面改性相互作用
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来,含生物分子DNA的纳米超薄膜研究在生物化学和生物技术等领域受到了广泛的重视,因为其作为一种组装后的多功能材料,在生物传感,基因治疗,生物微器件,药物缓释等方面有着重要的应用,而复合金属氢氧化物(LDHs)是一类可人工合成的、具有二维结构的阴离子型层状功能材料,其层板元素组成,层间阴离子种类可调和层板可剥离的特点能够衍生出很多具有不同物理化学特性的功能性组装体,但是目前在该研究领域的工作中,LDHs类材料通常是以粉体形式使用,而粉体材料在实际应用中有容易流失,利用率低和分离困难等缺点,所以通过构筑复合薄膜来克服以上困难在理论和实际上都有重要意义,而层层自组装(layer-by-layer self-assembly, LBL)技术由于操作简易,且能在纳米尺度对薄膜的构成进行调变,因而备受重视,是构筑无机／有机复合薄膜的重要手段。本论文采用LBL自组装法和前体改性法,以LDHs为前体制备LDHs/DNA复合薄膜。通过对LDHs粒径的调变、以及对组装方法、组装顺序的选择,制备了不同结构的LDHs/DNA复合薄膜,并对复合薄膜的形貌结构及LDHs与DNA分子的相互作用进行了研究。本论文研究内容主要包括以下几个方面：1、制备大粒径和小粒径的水滑石剥层纳米片,利用水滑石纳米片(LDHNS)高各向异性、高比表面积以及高比电荷的特点,采用LBL法构筑LDHNS/DNA复合薄膜,所制备的薄膜致密平整,均匀连续,圆二色谱结果表明DNA分子在薄膜中均保持二级构象结构。2、通过在不同基底上组装小片LDHNS/DNA薄膜,可分别获得直线状结构和网格状薄膜结构,得出结论：小片水滑石纳米片更易和DNA组装,更加利于实现薄膜结构的可控制备。3、分别合成了氨基改性表面的大粒径水滑石和小粒径水滑石,并和DNA分子进行组装,获得改性LDHs/DNA薄膜,通过原子力显微镜表征可得到DNA在和大片和小片改性水滑石的组装薄膜中宏观上分别呈团聚和网格状,圆二色谱表征也说明DNA在大片水滑石中螺旋结构消失,而在小片水滑石薄膜中仍然保持着二级螺旋结构。结果表明改性后的小片水滑石与DNA的组装薄膜更加利于保持DNA的结构和易于组装。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
第一章绪论  14-32
  1.1 层状组装薄膜的介绍  14-19
    1.1.1 自组装单层膜技术的概述  15
    1.1.2 自组装超薄膜的制备方法  15-16
    1.1.3 层层自组装技术的概述  16-19
  1.2 自组装生物薄膜的概述  19-22
    1.2.1 自组装含生物大分子的纳米薄膜  19
    1.2.2 层层自组装法制备DNA生物分子超薄膜  19-22
  1.3 水滑石类化合物  22-29
    1.3.1 概述  22
    1.3.2 LDHs的结构  22-23
    1.3.3 LDHs的性质  23-24
    1.3.4 LDHs的制备方法  24-25
    1.3.5 LDHs的应用  25-26
    1.3.6 水滑石纳米片(LDHNS)的概述  26-28
    1.3.7 LDHs薄膜的制备方法  28-29
  1.4 本课题研究内容、目的和意义  29-32
    1.4.1 论文选题的目的及意义  29-30
    1.4.2 论文研究内容  30-32
第二章实验部分  32-36
  2.1 实验试剂  32-33
  2.2 实验仪器  33-34
  2.3 样品结构表征、组成及性能分析  34-36
    2.3.1 X射线衍射(XRD)分析  34
    2.3.2 红外光谱(IR)分析  34
    2.3.3 扫描电镜(SEM)分析  34
    2.3.4 X射线光电子能谱(XPS)分析  34
    2.3.5 紫外分光光度计(UV-VIS)分析  34-35
    2.3.6 原子力扫描探针显微镜(AFM)分析  35
    2.3.7 圆二色谱(CD)分析  35-36
第三章 DNA与剥层水滑石片层层组装制备生物薄膜  36-58
  3.1 引言  36-37
  3.2 实验部分  37-39
    3.2.1 尿素法制备MgAl-CO_3~(2-)-LDH  37
    3.2.2 离子交换制备MgAl-NO_3~--LDH  37
    3.2.3 剥层MgAl-NO_3~--LDH制备水滑石纳米片溶胶  37
    3.2.4 成核晶化隔离法制备纳米级粒径小片水滑石  37
    3.2.5 小片水滑石的剥层  37
    3.2.6 DNA溶液的配制  37-38
    3.2.7 云母基底和石英基底上制备大片LDH NS/DNA组装薄膜  38
    3.2.8 石英基底上和云母基底上制备DNA/小片LDH NS  38-39
  3.3 结果与讨论  39-57
    3.3.1 DNA与大片水滑石纳米片层层自组装薄膜的表征研究  39-50
    3.3.2 DNA与小片水滑石纳米片层层自组装薄膜的表征研究  50-57
  3.4 本章小结  57-58
第四章表面改性水滑石和DNA分子的组装研究  58-70
  4.1 引言  58-59
  4.2 实验部分  59-60
    4.2.1 尿素法制备微米级粒径镁铝水滑石前体  59
    4.2.2 成核晶化隔离法制备纳米级粒径镁铝水滑石  59
    4.2.3 氨丙基3-乙氧基硅烷(APS)改性水滑石前体  59
    4.2.4 DNA溶液的配置  59
    4.2.5 改性后水滑石和DNA的组装  59-60
  4.3 结果与讨论  60-69
    4.3.1 改性大片水滑石前体与DNA进行滴涂组装的表征研究  60-65
    4.3.2 改性小片水滑石前体与DNA滴涂滴涂组装的表征研究  65-69
  4.4 本章小结  69-70
第五章结论  70-72
参考文献  72-78
致谢  78-79
攻读硕士期间发表的学术论文  79-80
作者及导师简介  80-81
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  81-82

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