DNA纳米结构诱导银纳米颗粒产生手性光学信号及上转换材料合成的研究

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DNA作为一种常见的生物大分子,其长度可达数微米,但DNA双螺旋结构的直径仅为2nm,从这个角度来说,DNA也是一种纳米材料。由于DNA分子具有高度可编程性、易于合成、可通过各种商品化的酶以及试剂盒进行各种操作等优点,其在非生物学领域得到了广泛应用。  近三十年来,越来越多的研究证实,DNA分子可以用来构建各种精巧的纳米结构。DNA纳米结构的优势在于DNA的可编程性,DNA纳米结构上任意位点的序列都是可确定的,这就使得DNA纳米结构具有高度的可定位性。我们可以通过精巧的序列设计,实现各种纳米粒子以及蛋白质在DNA纳米结构上的自组装。目前,人们已经可以得到几乎任意形状的二维DNA纳米结构以及许多复杂的三维DNA纳米结构。  手性是一种在自然界中广泛存在,并被生物体广泛利用的现象,手性物质具有独特的手性光学信号。自然界中的生物分子如DNA、氨基酸、蛋白质等的手性信号主要集中在紫外区。近年来关于手性光学性质的一个研究热点是贵金属手性等离子材料,这种材料在可见光区也有手性光学信号。目前利用DNA纳米技术组装贵金属纳米颗粒手性结构的研究较多,但研究的关注点主要在金属纳米颗粒之间的相互作用,而对于DNA纳米结构的诱导作用关注较少。  上转换纳米颗粒具有在长波长激发,短波长发射的特性。上转换纳米颗粒通常能够被近红外光所激发,而近红外光组织的穿透性好、对生物体的伤害小。此外,上转换纳米颗粒还具有抗光漂泊能力强、荧光寿命长等特点,因此有着广阔的应用前景。  基于以上思考,本论文将围绕结构DNA纳米技术、DNA诱导贵金属纳米粒子手性光学性质以及上转换纳米颗粒的合成与修饰等三个方面展开。  一、回顾了DNA纳米技术的发展历程及该领域的最新研究进展,简要介绍了贵金属纳米粒子的手性表面等离子体共振的研究进展,同时介绍了各种上转换纳米粒子的常见合成与修饰方法,及其在生物医药领域的应用。  二、利用结构DNA纳米技术组装DNA瓦片结构(DNA tile),并研究了在两个球形银纳米颗粒之间,由于DNA纳米结构的取向不同,对其手性光学性质的影响。  三、探索了上转换纳米颗粒的合成以及修饰的方法,重点研究了合成过程中各项参数对其粒径及上转换荧光性能的影响,以及在上转换纳米粒子表面修饰聚丙烯酸(Polyacrylic acid,PAA)和二氧化硅的方法,并初步探索了二氧化硅包覆的上转换纳米粒子在细胞成像领域的应用。
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