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功能化二氧化硅纳米颗粒介电泳行为及其对细胞介电性质影响的研究

作　者: 宣锋
导　师: 王柯敏；谭蔚泓
学　校: 湖南大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 介电泳自组装二氧化硅纳米颗粒亚微米线，功能基团
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

精确可控和可逆的微米或纳米结构自组装在微纳生化传感领域有着巨大的应用前景,是近年来纳米研究领域的一个热点。介电泳技术是一种很有潜力的纳米操控技术,可以实现纳米颗粒在微电极上的排布及自组装等操作。但是通过介电泳对组装的微纳结构进行精确控制目前仍存在比较大的困难。本论文以功能化二氧化硅纳米颗粒的介电泳行为及其对细胞介电性质的影响为研究目标,通过在二氧化硅纳米颗粒表面修饰磷酸功能基团实现了其在微电极上自组装结构的精确可控和可逆。并且发现功能化二氧化硅纳米颗粒被细胞吞噬后会对其介电性质产生影响。本论文的主要工作包括以下三个方面：1、不同功能基团修饰对二氧化硅纳米颗粒介电泳自组装行为的影响研究通过对二氧化硅纳米颗粒、羧基化二氧化硅纳米颗粒、磷酸化二氧化硅纳米颗粒、PEG化二氧化硅纳米颗粒和氨基化二氧化硅纳米颗粒在交流电场下的介电泳自组装行为进行考察,发现带较强负电荷的功能化基团修饰可以有效地增强二氧化硅纳米颗粒在微电极上的自组装行为。其原因是带较强负电荷的功能化基团能增强二氧化硅纳米颗粒表面的阳离子扩散层,从而提高其表面电导率。这为有针对性地改善纳米颗粒在水溶液中的介电性质,使其更好进行介电泳白组装提供了有力的实验依据。2、基于介电泳技术的实时可控、可逆二氧化硅荧光亚微米线研究在第一章的基础上,以磷酸化修饰的二氧化硅荧光纳米颗粒为研究对象,通过改变频率、电极间距等因素对其在交流电场下的介电泳行为进行了系统的考察。发现该纳米颗粒可以在间距为20pm的电极间组装成荧光亚微米线。通过控制电场频率,可以很好地控制组装的亚微米线的数目,并且这种亚微米线结构的组装是可逆的。此外,通过将磷酸化修饰的二氧化硅纳米颗粒分散在不同的介质中,发现其介电泳行为对分散介质中的氢离子敏感。该部分研究内容展示了功能化二氧化硅纳米颗粒的介电泳行为的潜在应用前景。3、不同功能化基团修饰的二氧化硅纳米颗粒对细胞介电性质的影响研究本章中,以间距不同的叉指式电极阵列作为对细胞介电性质变化的辨别工具,考察了不同功能化二氧化硅纳米颗粒与HeLa细胞共孵育后对细胞介电性质的影响。发现功能化二氧化硅纳米颗粒被HeLa细胞吞噬后可以在细胞内对细胞的介电泳行为和介电性质产生影响。该研究首次探讨了纳米颗粒对细胞介电性质的影响,为研究细胞的微小介电性质的变化提供了方法。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第1章绪论  10-23
  1.1 介电泳技术简介  10-14
  1.2 介电泳技术在生物纳米科技领域中的应用  14-21
    1.2.1 介电泳技术应用于生物微粒的分离研究  14-18
    1.2.2 介电泳技术应用于纳米材料操控研究  18-21
  1.3 本论文构思  21-23
第2章不同功能基团修饰对二氧化硅纳米颗粒介电泳自组装行为的影响研究  23-34
  2.1 前言  23
  2.2 实验部分  23-27
    2.2.1 试剂和仪器  23-25
    2.2.2 实验方法  25-27
  2.3 结果与讨论  27-32
    2.3.1 不同功能基团修饰的二氧化硅纳米颗粒的表征  27-29
    2.3.2 不同功能基团修饰的二氧化硅纳米颗粒的介电泳自组装行为  29-32
  2.4 小结  32-34
第3章基于介电泳技术的实时可控、可逆二氧化硅荧光亚微米线研究  34-47
  3.1 前言  34
  3.2 实验部分  34-38
    3.2.1 试剂和仪器  34-36
    3.2.2 实验方法  36-38
  3.3 结果与讨论  38-46
    3.3.1 磷酸化二氧化硅荧光纳米颗粒的表征  38-39
    3.3.2 成像质量的优化  39-40
    3.3.3 间距200μm的电极上磷酸化二氧化硅纳米颗粒自组装行为可控性,可逆性的考察  40-42
    3.3.4 二氧化硅荧光亚微米线的组装及其组装结构可控性、可逆性的考察  42-45
    3.3.5 分散介质酸碱度对磷酸化二氧化硅纳米颗粒自组装行为影响的考察  45-46
  3.4 小结  46-47
第4章不同功能化基团修饰的二氧化硅纳米颗粒对细胞介电性质的影响研究  47-58
  4.1 前言  47-48
  4.2 实验部分  48-51
    4.2.1 试剂和仪器  48-49
    4.2.2 实验方法  49-51
  4.3 结果与讨论  51-57
    4.3.1 与纳米颗粒孵育前HeLa细胞在叉指电极阵列上的介电泳聚集行为  51-53
    4.3.2 HeLa细胞与二氧化硅纳米颗孵育后对颗粒的吞噬情况及在叉指电极阵列上的介电泳聚集行为  53-54
    4.3.3 HeLa细胞与氨基化二氧化硅纳米颗孵育后对颗粒的吞噬情况及在叉指电极阵列上的介电泳聚集行为  54-56
    4.3.4 HeLa细胞与PEG化二氧化硅纳米颗孵育后对颗粒的吞噬情况及在叉指电极阵列上的介电泳聚集行为  56-57
  4.4 小结  57-58
结论  58-59
参考文献  59-69
致谢  69-70
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  70

功能化二氧化硅纳米颗粒介电泳行为及其对细胞介电性质影响的研究

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