基于纳米超晶格薄膜的蛋白质检测芯片构建及应用研究开题报告

1. 研究目的与意义

如何从种类繁多、成分复杂且含量较低的生物样品中实现目标蛋白的高灵敏快速检测,一直以来都是分析工作者所追求并致力解决的科学问题之一。

目前发展的多种大型检测设备可以用于蛋白质的高效、准确、灵敏的检测,但尚不能满足目前环境监测、食品安全、医疗卫生、毒品检测等领域所追求的实时、快速检测的需求。纳米超晶格结构,由于具有较高的矫顽力和各向异性能,较小的粒子尺寸分布和能形成单域结构等特性,从而成为颇有潜力功能材料。应用金属纳米粒子具有的的局部表面等离子体共振(LSPR)性质，LSPR的改变可以导致纳米粒子溶液颜色的改变，利用这点可以宏观的表现出微粒的活动。

2. 课题关键问题和重难点

1. 大规模可控性合成不同形貌金-银纳米粒子，如金纳米微球（aunps）、金-银纳米棒（aunrs）、金-银长方体（aunbs）等；

2. 不同功能性纳米粒子的抗体修饰；

3. 纳米粒子的大面积有序自组装，构建超晶格薄膜。如利用agno₃诱导溶液中还原出的金微粒自组装成金-银纳米棒（aunrs），等

3. 国内外研究现状（文献综述）

随着近年来纳米科学的发展，纳米软材料也得到了广泛关注。纳米软材料更多的是从传统的聚合物结构发展而来。特别是纳米水凝胶，它作为一个有前景的、可用于多方面生物科技应用的组材料，也是后基因组时代成长所需的先进材料。这种材料可用于生物相容性、生物降解、封装、生物识别、环境可控的负载释放，或定向自组装。近来，胶体药物载体的设计取得了重大成就，积极靶向微粒药物载体可运输药物至患处而提升药物疗效，也同时减少全身副作用，现已有将聚n-异丙基丙烯酰胺（pnipam）纳米微粒用于眼部传递的例子。pnipam包裹的药物肾上腺素，可通过使其表面亲水，从而避免调理素作用，药物颗粒大小和疏水性的提高可使网状内皮系统的摄入增多，纳米载体在患处上的药物保留和患处摄入，可以通过主动靶向提高。^[1]

金属纳米粒子一直占据着现代科技研究的中心地位，这得益于其能够产生的巨大效益和科技应用。但尽管如此，金属纳米粒子在生物实验方面的应用还是存在很多限制。于是为了提高金属纳米粒子的胶体稳定性和可混合性,其中一个有效的方法就是用亲水的聚合物来稳定它们。如何将金属纳米粒子嵌入水凝胶中，其中一个办法是利用金属前导的原位还原，这需要考虑反应乳化的稳定性，在物理诱导的基础上用水凝胶微球包住水溶液中金属纳米粒子。目前得以应用的水凝胶球有聚n-异丙基丙烯酰胺（pnipam）以及n-异丙基丙烯酰胺甲基丙烯酸聚合物（pniamma），需要用水凝胶网络的物理交联与范德华力诱捕金属纳米粒子。^[2]

为了将纳米金粒子有效的引入到纳米材料或纳米器件中，粒子的有序可控排列成为关键，通常可以将纳米金粒子或纳米金粒子-有机化合物制成复合薄膜再加以利用。其中自组装膜的制备操作简便，且在分子水平上提供了灵活设计的可能性，并且为研究界面特殊相互作用、以及随着分子复杂性的增加对二维、三维组装体系结构和稳定性的影响提供了可行性，是目前最为常用的一种方法。所有通过还原金的化合物来制各金纳米粒子的方法中，最普遍的是在水相中直接还原氯金酸得到纳米金粒子，frens法在沸水中用柠檬酸钠还原氯金酸得到粒径大约为15-20nm的金纳米粒子，柠檬酸钠及其氧化产物包覆在粒子表面起到稳定作用。通过控制柠檬酸钠和氯金酸的比率即还原剂和稳定剂的配比可以得到粒径不同的纳米金粒子。而采用种金生长法可成功制备出长径比不同的金纳米粒子。选取ctab作为粒子的稳定剂，由于ctab在不同晶面的择优包覆作用，金原子在种金上也进行择优沉积。^[3]

4. 研究方案

实验方案：

1. 合成au nps：分别合成2.5nm，12nm，45nm的aunps；

2. 合成polymer：pnipam【聚（n-异丙基丙烯酰胺）】；

5. 工作计划

第1～2周： 查阅、收集相关文献资料，设计实验方案，撰写开题报告 。

第3周： 撰写开题报告ppt准备演讲，外文文献翻译，做基本实验。

第4～8周： 做实验，记录数据，处理讨论数据结果，准备期中小结。