基于DNA模板和自組裝的一維納米結(jié)構(gòu)的制備與表征.pdf

1、隨著納米科技的發(fā)展，“自上而下”(Top-Down)和“自下而上”(Bottom-up)技術(shù)已經(jīng)成為構(gòu)建基于低維納米結(jié)構(gòu)的各種功能納米器件或分子器件的主要方法。在構(gòu)建納米或分子器件過程中，如何實(shí)現(xiàn)高效、可靠、可重復(fù)的各功能單元或分子的定位、組裝和連接，是人們必須解決的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。伴隨納米器件尺寸的不斷減小，“Top-Down”技術(shù)將不得不面對(duì)工藝復(fù)雜、成本高昂和各種物理效應(yīng)等因素的限制，因此進(jìn)一步發(fā)展和完善基于自組裝為特征的“Bott

2、om-up”技術(shù)，并拓展其同“Top-Down”技術(shù)的結(jié)合，已成為納米器件研究領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。 由于具有納米尺度的分子直徑、分子內(nèi)和分子間的特異識(shí)別特性、良好的力學(xué)性能、負(fù)電性的磷酸骨架結(jié)構(gòu)等特質(zhì)，DNA分子在自組裝技術(shù)和功能納米器件的構(gòu)建中已經(jīng)扮演了十分重要的角色。本論文以發(fā)展納米器件的設(shè)計(jì)、制備和組裝為研究目標(biāo)，充分發(fā)揮DNA的上述特性，較為細(xì)致地開展了基于DNA為模板的金屬半導(dǎo)體一維納米結(jié)構(gòu)的制備和納米器件的設(shè)計(jì)與組裝技術(shù)

3、的探索。主要內(nèi)容分述如下： 第一章，首先簡(jiǎn)要介紹了同納米材料和納米器件相關(guān)的納米技術(shù)的發(fā)展歷程，隨后概述介紹了納米技術(shù)和生物技術(shù)的交叉融合及煥發(fā)勃勃生機(jī)的納米生物學(xué)，最后總結(jié)了本論文的研究?jī)?nèi)容和目的。 第二章，開展了以DNA為模板的CdS納米線的制備與物性表征。我們結(jié)合DNA梳理技術(shù)、納米轉(zhuǎn)移印刷技術(shù)和光化學(xué)反應(yīng)技術(shù)，發(fā)展出一種基于PDMS轉(zhuǎn)移法的半導(dǎo)體CdS納米線制備方法。通過對(duì)反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)濃度的優(yōu)化控制，可以獲得高

4、產(chǎn)率、高密度并且整齊排列的納米線結(jié)構(gòu)。該方法制備的CdS納米線呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)致密、形貌和尺寸可控、襯底表面雜散顆粒少等特點(diǎn)，并且這一方法還具有產(chǎn)率高、重復(fù)性好、通用性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。 第三章，側(cè)重基于DNA模板的金屬Pd納米線的制備與物性研究。分別利用常規(guī)法、水相UV法、乙醇還原PDMS轉(zhuǎn)移法三種方法，完成了Pd納米線的制備。通過對(duì)三種方法制備的納米線的形貌、直徑、密度等主要參數(shù)的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)乙醇還原PDMS轉(zhuǎn)移法是最優(yōu)化的方法。這種方法合

5、成的納米線具有連續(xù)度佳、直徑大、長(zhǎng)度長(zhǎng)、襯底雜散顆粒少等優(yōu)點(diǎn)。此外，我們還著重討論了乙醇還原PDMS轉(zhuǎn)移法的制備反應(yīng)機(jī)理，以及納米線的電學(xué)性質(zhì)等。 第四章，我們分別討論了Pd(NH3)4Cl2·H2O和CdS兩種納米線的自組裝特性。對(duì)于Pd(NH3)4Cl2·H2O納米線，通過控制反應(yīng)時(shí)間，能夠?qū)崿F(xiàn)納米線高度和長(zhǎng)度的可控生長(zhǎng)。通過選擇合適的襯底，并借助外延生長(zhǎng)要求晶格匹配的限制生長(zhǎng)條件，我們還實(shí)現(xiàn)了Pd(NH3)4Cl2·H2O

6、納米線在云母表面的六方取向排列的規(guī)則生長(zhǎng)。對(duì)于CdS納米線，通過TAA分子自組裝形成的“模板”作用，發(fā)現(xiàn)可通過Cd(Ac)2和TAA的反應(yīng)形成幾十納米直徑的CdS納米線，并且這種納米線具有很好的發(fā)光性質(zhì)。 第五章，提出了一種利用Biotin-Streptavidin體系組裝DNA的方法。我們采用深紫外光刻術(shù)完成了金電極的制備，通過PCR技術(shù)實(shí)現(xiàn)了Biotin-DNA的擴(kuò)增，用分子膜組裝技術(shù)分別實(shí)現(xiàn)了Streptavidin的組裝