利用纳米金颗粒增强DNA探针在传感器上的固定程度和识别能力

近年来,纳米颗粒已广泛应用于生物体系的研究,利用双硫醇分子作为连接剂,将纳米金颗粒固定于金片上,利用石英晶体微天平（QCM）技术研究了DNA探针在金片上的固定,并对DNA的识别能力进行了初步的探讨。在实验条件下,经过纳米颗粒修饰的金片对HS－DNA探针的吸附量比未经修饰的金片可提高3－5倍,并将传感器的灵敏度提高约3倍至0．35μg/mL。     

纳米结构氧化铜修饰的石英晶体微天平用于氰化氢气体传感的研究进展

综述了有关氧化铜纳米材料修饰的石英晶体微天平(quartz crystal microbalance,QCM)传感器的发现及其对氰化氢传感性能的系列研究工作.首先简要介绍了剧毒气体氰化氢及其现有检测方法和石英晶体微天平.然后讨论了不同结构和形貌的氧化铜纳米材料的合成和表征.在此基础上介绍了以氧化铜纳米材料为敏感膜,以高灵敏度QCM为检测平台的传感器的制备及其对氰化氢独特而优异的传感性能.进一步探讨了氧化铜纳米材料修饰的QCM传感器对氰化氢的传感机理.最后,就该领域研究存在的问题及未来的研究和应用方向进行了讨论、总结和展望.     

以高效亲和色谱和石英晶体微天平生物传感器研究肽肽相互作用

本文利用高效亲和色谱（HPAC）和石英晶体微天平生物传感器（QCM）研究了正义肽与反义肽之间的特异性相互作用。选取人β-干扰素（1-14）片段作为正义肽,根据遗传密码的简并性设计了三条反义肽AS-IFN1、AS-IFN2和AS-IFN3。以所建立的以正义肽为配基的高效亲和色谱体系探讨了反义肽在亲和柱上的保留行为。在pH 7.5条件下,AS-IFN3,即谷氨酸取代的反义肽表现出与固定化正义肽最强的亲和相互作用。采用石英晶体微天平-流动注射分析系统（QCM-FIA）实时考察了正义肽与反义肽的动态相互作用。正义肽和反义肽AS-IFN1、AS-IFN2、AS-IFN3之间的平衡解离常数（K_D）分别为2.08×10^-4、1.31×10^-4和2.22×10^-5 mol/L。对正义肽与反义肽的识别作用机理亦进行了探讨,认为正义肽与反义肽AS-IFN3之间特异性的识别是基于序列依赖性和多模式协同亲和作用的结果。     

自组装DNA/纳米颗粒分子逻辑计算模型

将AuNP 自组装聚合色变与DNA 计算相结合, 构建了纳米分子逻辑计算模型. 使用了DNA 自组装、DNA/AuNP 结合和AuNP 聚合色变等关键技术方法. 利用DNA 自组装结构变化,通过DNA/AuNP 聚合色变反应, 实现了简单逻辑运算功能. 在此基础上, 构建了求解简单集合运算的DNA/AuNP 计算模型, 对多重输入的简单集合运算进行了逻辑运算. 最后, 进一步拓展该分子逻辑运算模型的应用, 结合分子检测技术, 对H1N1 病毒基因进行检测.     

基于金纳米颗粒等离子体共振吸收的典型四环素类药物分析方法

研究发现, 在pH 9.37 的BR缓冲体系中, 典型四环素类药物盐酸土霉素、盐酸多西环素、盐酸四环素、盐酸金霉素与氯金酸发生氧化还原反应生成的金纳米颗粒在500~550 nm 波长范围内显示出特征的等离子体共振吸收, 且吸光度值与四环素类药物的浓度在一定范围内呈良好的线性关系, 据此建立了测定四环素类药物的等离子体共振吸收分析新方法. 该方法能分别检测0.5~20, 0.5~16, 0.5~16, 0.5~20 μmol/L 范围的盐酸土霉素、盐酸多西环素、盐酸四环素和盐酸金霉素, 对应的检出限分别为0.20, 0.16, 0.15, 0.18 μmol/L. 对浓度为20.0 μmol/L 的盐酸土霉素进行了15 次平行测定, 其相对标准偏差为1.53%. 该方法成功用于合成样和片剂中土霉素的测定, 且根据溶液颜色变化实现了上述四环素类药物的三原色可视化定量检测.     

纳米颗粒表面活性剂对T型微通道中液滴分裂的影响

液滴分裂是微通道中获得单分散小尺寸液滴的重要方法,纳米颗粒表面活性剂能够包裹液滴,是制备功能胶囊的潜在技术手段,研究纳米颗粒表面活性剂作用下的液滴分裂行为对于获得尺寸更小、分散性更好的功能液滴具有重要意义.本文通过微流体可视化实验和理论分析方法,研究纳米颗粒表面活性剂对液滴分裂的影响规律.在纳米颗粒表面活性剂作用下,液滴分裂存在阻塞分裂、过渡态分裂、非阻塞分裂、不分裂4种状态;通过分析液滴颈部宽度随时间的变化关系,得出纳米颗粒表面活性剂对液滴分裂的影响机理,即通过降低界面张力影响挤压颈缩速率;通过分析基于液滴尺寸与毛细数的液滴分裂状态分布相图,建立了液滴阻塞分裂与非阻塞分裂的临界转化理论模型.     

表面修饰聚合物自组装多层的金纳米棒的表面增强荧光

在金纳米棒表面自组装由阴离子聚合物和阳离子聚合物通过静电作用形成的聚合物多层结构,并研究了该金纳米棒的表面增强荧光效应.未经聚合物修饰的金纳米棒猝灭荧光素的荧光,最高猝灭率为91.5%.经聚合物自组装多层结构修饰后,金纳米棒增强荧光素的荧光.3层聚合物修饰的金纳米棒的荧光增强因子可达102级.     

静电相互作用对微乳液法制备核壳纳米颗粒的影响

在油包水(W/O)形成的反相微乳液中加入水溶性或亲水性材料形成内核, 并通过硅烷化试剂在微乳液中水解后形成三维网状结构的硅壳包被内核材料, 是制备核壳纳米颗粒的常规方法. 我们发现核壳二者的静电相互作用对制备具有稳定核壳结构的纳米颗粒有重要影响, 而内核材料的分子量大小以及包壳壳层厚度等传统意义上的重要因素与此并没有明显的关系. 当用传统方法难于形成稳定核壳结构纳米颗粒时, 可以通过改变实验条件, 调节相关材料的电荷极性来改善其稳定性, 从而为拓展核壳纳米颗粒的制备提供了实验与理论依据.     

DNA在磁性纳米粒子表面的键合及表面增强拉曼光谱研究

DNA磁性纳米粒子在DNA或RNA的分离和纯化、靶向药物的定向以及生物传感器和生物芯片技术中有着极为重要的应用. 采用微乳液的方法有效地把SiO₂包覆在磁性γ-Fe₂O₃粒子表面, 形成了粒径均匀的单分散的磁性纳米粒子, 并在其表面成功地修饰了一层巯基化合物, 将修饰有过硫键的oligoDNA分子共价键合到其表面, 形成了DNA的磁性纳米粒子, 并进一步在其表面进行了杂交实验. 用表面增强拉曼光谱(SERS)对这一过程进行了分析研究, 证明oligoDNA被有效地连接到磁性纳米粒子的表面上.     

纳米颗粒表面活性剂对多孔介质中黏性指进现象的抑制

多孔介质中不稳定的两相驱替会导致黏性指进现象,对实际工业中的两相流动过程产生不利影响.已有文献证明水相中的表面功能化纳米颗粒和油相中的功能化基团聚合物可以在油水界面发生反应生成纳米颗粒表面活性剂,降低界面张力并诱发界面黏弹性.本文提出使用纳米颗粒表面活性剂抑制多孔介质中黏性指进的新方法,通过微流体可视化实验,研究了纳米颗粒表面活性剂对多孔介质中驱替界面特性的影响规律.结果表明,纳米颗粒表面活性剂可以有效抑制多孔介质中的黏性指进现象,驱替效率对比纯水纯油提高了约2.5倍.通过分析基于不同毛细数与黏度比下的驱替模式分布相图,得到了多孔介质中纳米颗粒表面活性剂稳定驱替和黏性指进两种驱替模式的转变界限,证明纳米颗粒表面活性剂驱替对比纯水纯油大幅提高了黏性指进出现的临界毛细数和黏度比,在不同的参数范围内对黏性指进都有显著的抑制作用,为多孔介质中黏性指进的抑制提供了新的思路.     

纳米金等离子共振特性在生物成像中的应用

随着生物医学的发展, 科学研究对生物成像技术和成像分辨率的要求越来越高, 纳米技术和材料被越来越多地应用到生物医学领域中来. 在细胞和生物组织的成像分析中, 纳米金由于其特殊的表面等离子共振特性和优良的生物相容性, 常被用作对比剂、靶向载体、增强剂、示踪剂和传感器而广泛应用于生物成像领域中. 我们将课题组的研究方向与目前该领域的研究热点相结合, 从纳米金辅助细胞及细胞内成像和动物活体成像两个方面就纳米金在生物成像、医学诊断等领域中的应用进展进行了阐述.     

两端接枝聚合物的金纳米棒在乳液液滴中的受限组装

聚合物接枝金纳米棒(polymer grafted gold nanorods, AuNRs@Polymer)不仅具有聚合物的稳定性、功能性和可设计性,还具有金纳米粒子(gold nanoparticles, AuNPs)的光学、光热转换、等离子体等性质,在成像、光电器件和药物控释等领域具有重要的应用前景.两端接枝聚合物的金纳米棒(AuNRs@End-Polymer)由于聚合物选择性接枝在金纳米棒的两端,易形成软硬兼具的哑铃状纳米粒子(类似ABA型嵌段共聚物).哑铃状纳米粒子受其两端特殊的空间位阻影响,在受限空间中难以形成紧密稳定的肩并肩结构,而更倾向于形成倾斜、交叉或螺旋排列等新颖结构.本文系统地研究了三维受限空间的尺寸以及纳米粒子形貌等因素对AuNRs空间排布的影响,并构建了一系列有序组装结构.     

“摇铃形”金复合纳米二氧化硅在细胞和组织暗场成像中的应用

金纳米颗粒因其具有独特的物理化学及光学性质, 在生物影像、癌症诊断治疗等领域表现出极大的应用前景, 但因小尺寸纳米金颗粒(<20 nm)在生理体液环境中稳定性较差、体内安全剂量低、被动靶向效果不明显等问题, 使其在体内成像, 尤其在活体肿瘤部位成像中受到较大局限. 本文针对上述问题, 将13 nm金颗粒生长在具有特殊核壳结构的夹心二氧化硅空腔之内, 形成具有新型结构的“摇铃形”金复合纳米二氧化硅(silica nanorattles@gold nanoparticles, SN@GN), 既保留金纳米颗粒的强散射特性以利于细胞和动物组织中实现暗场成像, 同时二氧化硅壳层将金颗粒保护起来, 提高了纳米颗粒的稳定性. 细胞毒性实验表明SN@GN的细胞生物相容性良好, 毒性低. 动物急性毒性实验表明, SN@GN的最大耐受剂量大于200 mg/kg, 而GN的体内最大耐受剂量仅为4.6 mg/kg, 显著提高了金纳米颗粒的生物相容性. 本研究为SN@GN在生物暗场影像领域的应用提供了重要的实验依据.     

基于生物荧光纳米颗粒的新型荧光标记方法及其在细胞识别中的应用

以荧光染料（联吡啶钌配合物）为核,二氧化硅为外壳制备了大小均匀的荧光纳米颗粒。结合纳米技术、生物技术与荧光标记技术,建立了一种基于生物荧光纳米颗粒的新型荧光标记方法。与传统的荧光标记方法比较,该方法在稳定性、灵敏度、应用范围等方面都有重要突破。应用这一新型荧光标记方法成功地识别了人外周血中SmIgG^ B淋巴细胞。     

硅壳包被的核壳型量子点荧光纳米颗粒的制备及其在细胞识别中的应用

利用反向微乳液技术, 以CdTe量子点为核, SiO₂为壳, 一步制备了表面带有氨基和磷酸基团的核壳型量子点荧光纳米颗粒. 该颗粒水溶性好, 大小均匀, 有效改善了CdTe量子点的不稳定性, 抗光漂白性能大大增强. 结合纳米技术、生物技术与荧光标记技术, 基于硅壳包被的核壳型量子点荧光纳米颗粒, 成功实现了对肝实质细胞的识别.     

微纳米塑料在典型日用塑料制品使用过程中的释放规律及机制

塑料制品由于低廉和便利性,在生活中被广泛的应用.然而,塑料制品在日常使用过程中会产生并释放微纳米塑料(MNPs),可通过呼吸、无意摄入等方式进入人体,带来潜在的健康风险.因此,明确塑料制品在使用过程中MNPs的释放情况具有重要的现实意义.本文详细总结了“食品包装及容器”“母婴用品”“医疗及防护用品”“衣服与织物”以及“其他日用品”等5类典型日用塑料制品在各自主要使用场景下MNPs的释放情况.其中,“食品包装及容器”类塑料制品的研究最丰富,主要释放出聚丙烯材质的、颗粒状的MNPs,且约70%的MNPs粒径分布在0～100μm.进一步归纳了塑料制品在机械破碎、热降解和其他作用下(光/生物降解)的释放机制.其中,机械应力(如磨损、搅拌、洗涤等)导致塑料制品发生的机械破碎,以及温度的变化(高温或冷冻)是引发塑料制品释放MNPs的主要机制.此外,深入分析了影响塑料降解和释放的关键因素,发现机械应力强度的增强、温度的升高和降低、光照(紫外光)时间的延长、微波时间和强度的增加、使用时长和次数的增多以及接触物质的成分等均会促进MNPs的释放;同时,塑料的种类和结构也是影响MNPs释放的重要原因之一.随...     

稳定化的零价Fe, FeS, Fe3O4纳米颗粒在土壤中的固砷作用机理

砷是一种广泛存在于土壤和地下水中的污染物. 虽然多种铁基材料已被用于受污染土壤中砷的固定, 但是关于稳定化的铁系纳米颗粒在该方面的研究鲜见报道. 本文研究了3种经淀粉固定的铁系纳米颗粒(零价Fe, FeS, Fe₃O₄)对两种典型砷污染土壤(果园土壤、靶场土壤)的固砷作用. 为了检测纳米颗粒对砷的去除效果, 实验中采取了不同的Fe/As摩尔比(5:1~100:1)和接触时间(3或 7 d). 土壤中砷的生物活性和浸出率分别用生理原理提取法(physiologically based extraction test, PBET)和毒性浸出程序(toxicity characteristic leaching procedure, TCLP)方法表征. 在实验时间为3 d、Fe/As摩尔比为100:1的实验中, 果园砂质土壤中砷的生物活性从最初的71.3% ± 3.1%分别降至30.9% ± 3.2%(零价Fe)、37.6% ± 1.2%(FeS)和29.8% ± 3.1%(Fe3O4); 靶场土壤中砷的浸出率从初始0.51% ± 0.11%分别降至0.24% ± 0.03% (零价Fe)、0.27% ± 0.04%(FeS)和0.17% ± 0.04%(Fe₃O₄). 3种纳米颗粒中Fe₃O₄的固砷效率最高. 比较两种土壤, 可以看出该处理方法更适用于铁含量较低、砷初始浸出率较高的果园土壤. 结果表明, 对于砷污染的贫铁土壤、沉积物和固废等, 环境友好的铁系纳米颗粒是十分有效的固砷材料.