基于ALD的生物分子检测电极制造与性能优化研究

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生物分子参与人体各种生命过程,研究生物分子的检测分析方法对于疾病诊断和治疗具有重要意义。电化学检测是一种新型的检测分析技术,可以实现高效、灵敏、快速和选择性的检测,其中关键环节是电极材料的制造和修饰。本论文基于原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)技术完成了复合沉积系统设计和工艺研究,制造了金纳米粒子/二硫化钼/氟掺杂氧化锡导电玻璃(Au NPs/Mo S2/FTO)电极用于生物分子micro RNA-155(mi RNA-155)和牛血清白蛋白(BSA)的检测。主要研究内容如下:(1)基于ALD的复合沉积系统设计和工艺研究。课题组自主设计和搭建的基于ALD的复合沉积系统是以原子层沉积技术的自限制反应机理为基础,结合化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)技术的工艺优势而成的。主要包含反应腔体、气源管路系统、加热系统和尾气处理系统等部分。在系统的反应腔体中,可以根据沉积二维薄膜材料的要求,调整工艺流程和参数,进行ALD自限制反应、类CVD反应和高温退火处理。(2)基于ALD的生物分子检测电极制造。使用ALD技术和电化学沉积方法制造了Au NPs/Mo S2/FTO电极,对电极进行了一系列的表征分析和电化学性能测试,发现控制ALD循环次数可以调控FTO电极表面上Mo S2纳米片的形貌、厚度、大小以及分布情况。循环伏安法和电化学阻抗谱表明了Mo S2导电性较差,电沉积Au NPs功能化Mo S2后,电子传输速率得到极大增强,计时库伦法间接证明了ALD制造的Mo S2纳米片具有较大的比表面积。这些结果共同证明了成功制造出应用于生物分子检测的Au NPs/Mo S2/FTO电极。(3)基于ALD的电极性能优化和生物分子检测。采用循环伏安法完成了基于ALD的电极性能和实验条件优化,对电化学检测生物分子mi RNA-155和BSA进行了机理分析。在最佳的制造参数和实验条件下,Au NPs/Mo S2/FTO电极可以实现在1×10-15M~1×10-8 M范围对mi RNA-155的检测,最低检测限为0.32 f M。在0.25μM~2.0μM范围内对BSA的检测,最低检测限为0.08μM。表现出了良好的灵敏度、选择性、重复性和稳定性,血清样品实验也证明了检测电极潜在的应用价值。
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