固态纳米孔的改性与功能修饰

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本论文主要研究固态纳米孔的可控制备与固态纳米孔的表面修饰。固态纳米孔是第三代基因测序技术之一,同时也是极具潜力的新型生物传感器。固态纳米孔的制备与修饰,是其成为检测器件过程中不可或缺的重要环节。本论文中,首先提出了孔径和形貌可控的纳米孔的制备方法,在此基础上对纳米孔进行了硅烷化修饰,并比较了纳米孔在修饰前后的电学特性与检测性能。本文主要工作如下:  1.制备尺寸和形貌可控的固态纳米孔。通过研究纳米孔材料的特性,纳米孔制备过程的特点以及制备纳米孔本身的形貌特征,提出了通过改变聚焦离子束系统参数的方式,制备孔径和锥度可控的固态纳米孔加工技术,以应对不同尺寸生物分子检测的要求。  2.固态纳米孔表面硅烷化修饰。通过氮化硅表面的硅羟键,将硅烷分子与氮化硅表面结合,利用硅烷在材料表面引入活性基团。对比发现,经过清洗后空白硅片表面亲水性最佳,而正辛基硅烷修饰后表面的接触角超过90°,呈疏水性。SEM图像和EDS均证实纳米孔表面结合了硅烷分子,并可观察到区域差异性修饰结果。  3.硅烷修饰后纳米孔基本电学性质。通过对比修饰不同硅烷前后纳米孔的电导特性,发现硅烷分子将氮化硅表面的硅羟键变为其他功能基团,材料表面电荷发生变化,从而导致电渗流的改变,影响了纳米孔电导。同时,修饰硅烷分子后,材料表面的电荷特性发生改变,带负电荷的有效量减小,使得修饰后的表面电荷密度减小,导致纳米孔器件的膜电容减小,介电噪声降低。  4.修饰后固态纳米孔的信号检测。通过对比修饰前后纳米孔中DNA的易位信号,可以发现在修饰硅烷分子后,纳米孔的有效孔径减小,使得DNA分子在纳米孔中造成的阻塞效应越来越明显,提高了纳米孔的分辨率。
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