金属辅助法制备多孔硅及其表面聚合物刷的修饰

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本论文利用金属辅助腐蚀法制备了多孔硅,研究了制备过程中各个因素对多孔硅的影响并优化了反应条件,得到较完美的多孔硅。并以此高表面活性的大孔多孔硅为基底,进行了表面自由基引发聚合反应,成功制得多种聚合物刷,稳定了多孔硅结构,并在此基底上进一步进行了聚合酶链式反应的尝试。主要研究工作可分为以下两部分:  1.金属辅助法制备多孔硅  多孔硅的高比表面积、生物相容性、容易发生表面化学反应等诸多性质使其在化学和生物传感方面具有广泛应用。另外多孔硅的多孔层可以进行微细加工,并作为无基质的生物分子质谱分析的基底和半导体外延的适应性基底。在制备多孔硅的诸多方法中,阳极蚀刻法(又称为电化学腐蚀法)是最常用的一种方法,但是其受很多外界因素影响且不稳定,本论文采用新方法金属辅助法制备了多孔硅。金属辅助化学腐蚀法可以在无外加电路的条件下,在40%HF/30%H2O2/乙醇的混合溶液中完成多孔硅的制备,该方法简单快速。本论文研究了金属辅助法腐蚀液体系各组分(HF、H2O2、乙醇)以及硅表面SiO2层对多孔硅表面的SiHx成分和多孔层结构的影响,根据Si-H和Si-O的红外吸收峰强度与腐蚀液体系中某一成分的变化的曲线优化了反应条件,在腐蚀液各成分体积比为40%HF/30%H2O2/乙醇=2∶2∶1和腐蚀时间为4 min的条件下制备了形貌均匀、化学活性(SiHx成分)和稳定性较好的多孔硅,并根据红外吸收峰的峰型及强度对金属辅助法与阳极蚀刻法制得的两种多孔硅进行了比较,证实金属辅助法制备的多孔硅拥有更多的活性成分,并且不容易脱落,在后续的生物技术应用中表现出明显的优越性。  2.在多孔硅表面制备高分子刷并引发聚合酶链式反应  固定在基底表面的稠密的聚合物刷不仅可以改变基材的化学性能或电性能,也可以提供完美的机械或化学保护。本文介绍了在以金属辅助法制备的多孔硅表面成功进行了SI-ATRP反应。首先比较两种方法制备的多孔硅与UO反应自组装成单分子膜,发现金属辅助法制备的多孔硅更易与UO的双键部分反应,而阳极蚀刻法制备的多孔硅易与UO的羟基基团反应,金属辅助法制备的多孔硅能够更好地按预期设计与UO进行单分子膜自组装,所以聚合反应选择金属辅助法制备的多孔硅为基底。在聚合反应的过程中通过改变反应时间,加入催化剂的量优化了反应条件,制备活性更高,聚合结果更好的聚合物刷。将PMMA聚合物刷在酸碱溶液中浸泡,证实其化学稳定性良好,并与阳极蚀刻法制备得到的多孔硅聚合物刷进行比较,金属辅助法制备的多孔硅不容易脱落,相比阳极蚀刻法制备的多孔硅更稳定。对不同聚合物刷末端基团采用不同方法进行酸化,并进一步与NHS酯化。通过在多孔硅表面进行的聚合反应,增加了多孔硅表面的活性官能团的密度,进而增加连接生物分子的量。本论文将表面聚合了高聚刷的多孔硅与DNA引物反应,将DNA引物共价偶联在高聚刷的末端,加入PCR反应试剂,置于PCR仪中进行扩增,并对结果进行了检测。
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