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生物分子基纳米结构体系的合成及表征

作　者: 李娜
导　师: 高发明
学　校: 燕山大学
专　业: 应用化学
关键词: DNA 细胞色素c 胰岛素类淀粉纤维氧化锌钨酸钡超细铂纳米线抗肿瘤活性电催化活性
分类号:
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

纳米材料的几何结构决定其广泛多样的性能，合成形貌可控的无机纳米结构引起了人们的极大兴趣，为了实现这一设想，人们采用不同方法进行了大量的尝试，以期按照设想控制合成具有理想几何结构的纳米材料。在这些方法中，生物分子因其具有纳米尺度及多变的结构，可以诱导纳米结构组装成复杂的几何形状或结构。本论文选用DNA、细胞色素c（cyt c）及胰岛素类淀粉纤维作为模板，实现了尺寸均一的氧化锌纳米粒子链和钨酸钡纳米双线阵列的制备以及铂纳米粒子簇和超细铂纳米线的制备。主要研究内容和结果归纳如下：基于DNA模板实现了ZnO纳米粒子链的制备。通过控制反应物浓度，实现了尺寸均一的ZnO纳米粒子链的制备。紫外可见吸收光谱（UV-vis）表明合成的ZnO纳米粒子链显示出明显的量子尺寸效应，并应用半导体纳米晶的量子尺寸效应的化学键理论研究了不同尺寸的ZnO纳米晶的带隙能。光致荧光光谱（PL）结果表明DNA具有直接有效的减少ZnO纳米粒子表面缺陷的作用。傅立叶红外吸收光谱（FTIR）结果表明DNA分子上的磷酸基团是用来控制合成ZnO纳米粒子链的最关键基团。本文依据DNA模板的结构特性结合实验结果，阐述以DNA为模板合成ZnO纳米粒子链的形成机理。基于DNA分子的结构和理化特性，利用DNA在加热条件下变性的特性，实现了以DNA为模板的BaWO₄纳米双线阵列的合成。考察了反应温度及反应物浓度对产物的影响。拉曼结果表明所获得的BaWO₄纳米双线阵列显示出较高的拉曼增益系数。利用UV-vis光谱表征不同碱基的寡聚核苷酸对BaWO₄纳米晶体合成的影响，结果表明，腺嘌呤对BaWO₄纳米粒子的成核，生长以及稳定起关键作用。本文依据DNA模板的结构特性结合实验结果，阐述了BaWO₄纳米双线阵列的生长机理。选用cyt c为模板控制合成珍珠样链球状铂纳米粒子簇，并对样品进行了透射电子显微镜（TEM）、X-射线衍射（XRD）、UV-vis以及FTIR等表征。考察了反应物浓度、还原反应程度、pH值以及孵育时间对产物形貌的影响。FTIR结果表明cyt c分子上的氨基基团是控制合成铂纳米粒子簇的最关键基团，并对cyt c模板的作用机制和珍珠样链球状铂纳米粒子簇的形成机理进行了阐述。本文考察了cyt c/Pt纳米粒子复合物对小鼠肿瘤抑制率和肿瘤细胞凋亡率的影响，并考察了其对小鼠脏器以及肝肾毒性的影响，结果表明，cyt c/Pt纳米粒子复合物具有明显的抗肿瘤特性，并且对肝肾毒性较小。以胰岛素原粉和胰岛素纤维为模板制备并组装了贵金属纳米铂，并考察了不同pH、不同还原剂、不同铂盐加入量对制备超细铂纳米线的影响。通过TEM，高分辨透射电子显微镜（HRTEM），X射线能谱（EDS），XRD，选区电子衍射（SAED）等手段对合成的超细铂纳米线的形貌和结构进行了表征。考察了超细铂纳米线的电化学催化活性，其电化学有效活性表面积比市售的铂碳催化剂高3倍多，其对甲醇氧化反应的催化活性比市售的铂碳催化剂高18%。重复扫描循环伏安法测试表明超细铂纳米线具有比市售铂碳催化剂更好的稳定性。本文结合理论和实验结果，阐述了利用胰岛素纤维控制合成超细铂纳米线可能的形成机理。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-13
第1章绪论  13-30
  1.1 课题背景  13-14
  1.2 生物模板法合成纳米结构体系的研究进展  14-22
    1.2.1 生物模板法简介  14-15
    1.2.2 生物模板的种类及其研究进展  15-22
  1.3 本研究所用生物分子模板简介  22-28
    1.3.1 细胞色素 c  23-24
    1.3.2 胰岛素  24-28
  1.4 本工作的研究目的与主要内容  28-30
第2章基于 DNA 模板氧化锌纳米粒子链的合成及表征  30-51
  2.1 引言  30-31
  2.2 实验部分  31-35
    2.2.1 实验材料及仪器  31-33
    2.2.2 样品的制备  33-34
    2.2.3 考察反应物浓度对产物形貌的影响  34-35
  2.3 样品的表征  35-36
    2.3.1 TEM 表征  35
    2.3.2 XRD 表征  35
    2.3.3 UV-vis 表征  35
    2.3.4 PL 以及 PLE 表征  35-36
    2.3.5 FTIR 表征  36
  2.4 结果与讨论  36-49
    2.4.1 基于 DNA 模板的 ZnO 纳米粒子链的 TEM 分析  36-38
    2.4.2 空白对照样品的 TEM 分析  38-39
    2.4.3 反应物浓度对产物形貌的影响  39-41
    2.4.4 DNA-ZnO 样品的 XRD 分析  41
    2.4.5 DNA-ZnO 样品的 UV-vis 分析  41-42
    2.4.6 ZnO 纳米晶的量子尺寸分析  42-45
    2.4.7 DNA-ZnO 样品的 PL 以及 PLE 分析  45-46
    2.4.8 DNA-ZnO 样品的 FTIR 分析  46-48
    2.4.9 DNA-ZnO 纳米粒子链的形成机理分析  48-49
  2.5 本章小结  49-51
第3章基于 DNA 模板钨酸钡纳米双线阵列的合成及表征  51-72
  3.1 引言  51-52
  3.2 实验部分  52-56
    3.2.1 实验材料及仪器  52-53
    3.2.2 样品的制备  53-55
    3.2.3 考察反应温度对产物形貌的影响  55
    3.2.4 考察反应物浓度对产物形貌的影响  55
    3.2.5 考察不同碱基的影响  55-56
  3.3 样品的表征  56-57
    3.3.1 TEM 表征  56-57
    3.3.2 XRD 表征  57
    3.3.3 UV-vis 表征  57
    3.3.4 Raman 表征  57
  3.4 结果与讨论  57-71
    3.4.1 DNA-BaWO_4纳米双线阵列的 TEM 分析  57-59
    3.4.2 DNA 负染样品的 TEM 分析  59-60
    3.4.3 对照样品的 TEM 分析  60-61
    3.4.4 DNA-BaWO_4纳米双线阵列的 HRTEM 分析  61-62
    3.4.5 DNA-BaWO_4纳米双线阵列的 XRD 分析  62-63
    3.4.6 反应温度对产物的影响分析  63-64
    3.4.7 反应物浓度对产物的影响分析  64-66
    3.4.8 DNA-BaWO_4纳米双线阵列的 Raman 分析  66-67
    3.4.9 碱基种类对产物的影响分析  67-69
    3.4.10 DNA-BaWO_4纳米双线阵列的形成机理分析  69-71
  3.5 本章小结  71-72
第4章基于细胞色素 C 模板铂纳米粒子簇的合成及表征  72-109
  4.1 引言  72-73
  4.2 实验部分  73-81
    4.2.1 实验材料及仪器  73-75
    4.2.2 样品的制备  75-81
  4.3 样品的表征  81-82
    4.3.1 TEM 表征  81
    4.3.2 XRD 表征  81-82
    4.3.3 UV-vis 表征  82
    4.3.4 FTIR 表征  82
  4.4 结果与讨论  82-106
    4.4.1 基于细胞色素 c 模板的铂纳米粒子簇的 TEM 分析  82-84
    4.4.2 基于细胞色素 c 模板的铂纳米粒子簇的 XRD 分析  84-85
    4.4.3 各反应物浓度对产物形貌的影响  85-87
    4.4.4 还原反应的程度对产物形貌的影响  87-89
    4.4.5 pH 值对产物形貌的影响  89-92
    4.4.6 细胞色素 c 与 PtCl4孵育时间对产物形貌的影响  92-94
    4.4.7 铂纳米粒子簇与细胞色素 c 可能的结合机制  94-98
    4.4.8 细胞色素 c/铂纳米粒子复合物对小鼠肿瘤抑制率的影响  98-99
    4.4.9 细胞色素 c/铂纳米粒子复合物对小鼠脏器的影响  99-100
    4.4.10 细胞色素 c/铂纳米粒子复合物对小鼠肿瘤细胞凋亡率的影响  100-104
    4.4.11 各样品对小鼠肿瘤组织衰变的影响  104-105
    4.4.12 各样品对小鼠肝肾毒性的影响  105-106
  4.5 本章小结  106-109
第5章基于胰岛素纤维的超细铂纳米线的合成及表征  109-135
  5.1 引言  109-110
  5.2 实验部分  110-113
    5.2.1 实验材料及仪器  110-111
    5.2.2 样品的制备  111-113
  5.3 样品的表征  113-114
    5.3.1 TEM 表征  113
    5.3.2 XRD 表征  113-114
    5.3.3 FTIR 表征  114
    5.3.4 电化学性能测试  114
  5.4 结果与讨论  114-134
    5.4.1 不同 pH 条件下利用胰岛素原粉合成产物的 TEM 分析  114-116
    5.4.2 胰岛素类淀粉纤维的 TEM 分析  116-117
    5.4.3 不同还原剂还原产物的 TEM 分析  117-119
    5.4.4 不同盐溶液浓度对产物影响的 TEM 分析  119-121
    5.4.5 超细铂纳米线的 TEM 分析  121-124
    5.4.6 超细铂纳米线的 HRTEM 分析  124
    5.4.7 超细铂纳米线的 XRD 分析  124-125
    5.4.8 超细铂纳米线的电催化性能分析  125-131
    5.4.9 超细铂纳米线可能的形成机理  131-134
  5.5 本章小结  134-135
结论  135-137
参考文献  137-149
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果  149-151
致谢  151-152
作者简介  152

生物分子基纳米结构体系的合成及表征

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