论文总字数：20115字

摘 要

对生物体内诸如蛋白质、核酸、酶等大分子的检测与分析一直以来都是科研工作者努力探索的方向。掌握这些生物大分子的运作规律与机理，有利于人们发现生命的奥秘，以及对人类疾病的诊疗都具有至关重要的意义。随着人们对科学技术的不断探索，新的分子生物学技术不断涌现，并在科学研究领域和实际应用中得到不断的发展与完善，使检测技术得到进一步完善。然而，随着疾病诊断要求的不断提高与自然科学研究的不断深入，我们需要研究一些灵敏度更高、选择性更好、操作更简单且制备成本低廉的生物传感器以便更好地满足现代人们实际应用的需求。近些年来，将纳米材料应用到传感器领域已经成为一个热点。该类型的传感器主要利用新型纳米材料作为传感平台，以核酸这种生物分子作为识别单元，二者的有效结合使得该类型的传感器具有构建过程简单、选择性好、检测速率快、成本低廉等突出特点。但是，由于许多纳米材料复杂的合成过程、不稳定的性质或价格昂贵的原因从而大大地限制了其在生物传感领域的应用。

因此，开发一种制备简单、性质稳定且价格低廉的纳米荧光生物传感器设计中的变得十分必要。因此，本课题利用具备制备简单、性质稳定等特性的二氧化钛纳米线（TiO₂ NWs）为传感平台构建荧光生物传感器，并拟将其应用到ssDNA、蛋白质等生命活性分子检测中。就当前了解到，关于TiO₂ NWs在荧光生物传感器的制备和实际的使用方面还有待探索。

关键词：荧光生物传感器 荧光猝灭剂 ssDNA

Abstract

The detection and analysis of macromolecules such as proteins, nucleic acids, enzymes and so on in the body has always been the direction of scientific research workers to explore the operation of these biological macromolecules and mechanisms, is conducive to the discovery of the mystery of life and the human disease Of the treatment are of vital importance. With the continuous exploration of science and technology, the new molecular biology technology has been emerging, and in the field of scientific research and practical application of the continuous development and improvement of the biomolecule detection technology has been greatly improved. However, with the continuous improvement of disease diagnosis requirements and the deepening of natural science research, we need to study some of the higher sensitivity, better selectivity, easier operation and the preparation of low cost biosensors in order to better meet the practical application of modern people The demand. This type of sensor mainly uses the new nanometer material as the sensing platform, and the biological molecule as the recognition unit, the effective combination of the two makes the type of sensor has a simple construction process, good selectivity, fast detection rate, low cost Highlight the characteristics. However, due to the complex synthetic process of many nanomaterials, the unstable nature or the cost of expensive reasons greatly limits its application in the field of biosensing.

Therefore, it is necessary to develop a nano-fluorescent biosensor designed to be simple, stable and inexpensive. Therefore, this paper constructs fluorescent biosensors with titanium dioxide nanowires (TiO₂ NWs) with simple preparation and stable properties, and is intended to be applied to the detection of life-active molecules such as ssDNA and protein. It is understood that TiO₂ NWs have yet to be explored in the preparation and practical use of fluorescent biosensors.

Key words: Fluorescent biosensor; Fluorescence Quencher; ssDNA

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 简介 1

1.1 引言 1

1.2 纳米级荧光生物传感器及其应用 1

1.2.1 生物传感器 1

1.2.2 新型材料在荧光生物传感器中的使用 3

1.3 TiO₂ NWs作荧光猝灭剂检测核酸 3

1.3.1 核酸简介 3

1.3.2 TiO₂ NWs作猝灭剂检测核酸机理探究 4

1.3.3 TiO₂ NWs作荧光猝灭剂的优势 4

1.4本论文研究主要工作 5

第二章 TiO₂ NWs的合成与表征 6

2.1 TiO₂ NWs的合成 6

2.2 TiO₂ NWs材料的表征 6

2.2.1 X射线衍射（XRD）结果分析 6

2.2.2 电镜（SEM）结果分析 7

2.2.3 红外结果分析 7

第三章 实验结果与讨论 9

3.1实验部分 9

3.1.1 实验试剂 9

3.1.2 实验仪器 9

3.1.3 核酸的检测 10

3.2 TiO₂ NWs做荧光猝灭剂构建检测核酸的生物传感器设计原理 10

3.3 TiO₂ NWs材料对DNA探针的荧光猝灭机理探究 11

3.4 实验条件优化 12

3.4.1 猝灭剂TiO₂ NWs浓度的优化 12

3.4.2 猝灭剂作用时间优化 14

3.4.3 体系pH对荧光猝灭的优化 15

3.5 TiO₂ NWs检测核酸的灵敏度 16

3.6 TiO₂NWs检测核酸的选择性 17

3.7 检测实际样品中核酸的回收率 18

第四章 结论与展望 19

4.1 结论 19

4.2 展望 19

参考文献： 20

致谢： 24

第一章 简介

1.1 引言

本世纪成为前沿研究领域的纳米技术，得到科研工作者的广泛关注并已取得不少成果，并将成为今后几十年当中占据科学技术发展的主要方向之一。由于纳米技术所依托的纳米材料拥有独特的物理和化学性质，在检测技术、精密加工技术及扫描探针技术等诸多领域获得了应用广泛^[1]。此外，生命科学作为近代发展最为迅速的一门学科，目前对于多肽、蛋白质、核酸等生物大分子分析、生物药物分析及生物活性分析的研究也大量涌现出来。因此，对于生物大分子的分析就显得尤为重要并正逐渐成为一个新的前沿领域，在纳米尺度上对生物大分子的分析就是其中的一个典型的代表^[2]。因此，对纳米级荧光生物传感器的研开发还有相当长的一段路要走。

因此，本课题利用具备制备简单、性质稳定等特性的TiO₂ NWs为传感平台构建荧光生物传感器，并拟将其应用于核酸、蛋白质等生命活性分子检测中。

1.2 纳米级荧光生物传感器及其应用

1.2.1 生物传感器

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