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研究生： 吳怡姍
論文名稱： 奈米微粒間的靜電斥力對偵測靈敏度之影響：利用十五冠五醚修飾之金奈米微粒偵測水溶液中的鉀離子
指導教授： 陳益佳
陳俊顯
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 化學系
Department of Chemistry
論文出版年： 2007
畢業學年度： 95
語文別： 中文
論文頁數： 111
中文關鍵詞： 奈米微粒 、靜電斥力 、pH 、離子強度 、偵測靈敏度
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    • 奈米微粒自分散到聚集會造成表面電漿共振特徵吸收峰波長的位移，而改變溶液的顏色，藉由顏色的變化可將奈米微粒應用在比色的感測分析上。一般的研究方向多著重於設計辨識力更強的官能基或消光係數更大的微粒，以增進這類方法的偵測靈敏度。通常奈米微粒表面修飾帶電性的分子以維持其穩定分散，然而粒子之間的靜電斥力會阻礙奈米微粒聚集，影響偵測靈敏度。針對這點本研究提供一個被忽略的概念，藉由降低粒子間的靜電斥力以提高偵測靈敏度。為了說明靜電斥力對偵測靈敏度的影響，我們利用表面修飾15冠5醚的金奈米微粒偵測水溶液中的鉀離子為實驗系統。
    利用兩階段修飾法合成出表面修飾15冠5醚的金奈米微粒，表面有扮演穩定基角色的TA (thioctic acid)，TA的羧酸根解離後產生的負電荷使奈米金表面電性為負，而提供穩定分散的靜電斥力。影響靜電斥力的因素有溶液pH值、離子強度以及表面上負電密度(TA密度)，本研究中討論這些因素對於偵測靈敏度的影響。
    實驗的結果說明降低粒子間的靜電斥力確實可提高偵測靈敏度，在我們所選用的系統中，藉由降低靜電斥力得到一個最佳化的實驗條件為溶液pH 6.25、離子強度8.14 mM、金奈米微粒為15.0 micromole 15c5-4-SH修飾量之15c5-4/TA-GNPs，對鉀離子的偵測極限為1.0 microM。

    摘要 I 謝誌 II 目錄 III 圖目錄 VIII 表目錄 XIV 第一章 前言 1 1-1 奈米微粒簡介 1 1-2 金奈米微粒之光學性質 2 1-3 金奈米微粒之製備方法 4 1-3-1 水相檸檬酸鹽還原法(citrate reduction) 5 1-3-2 兩相法(two-phase synthesis) 5 1-4 保護基置換反應(place exchange) 7 1-5 金奈米微粒之感測應用 8 1-5-1 DNA感測器 8 1-5-2 分子感測器 14 1-5-3 鉀離子感測器 17 1-6 研究動機 21 第二章 實驗部分 24 2-1 實驗藥品與器材 24 2-1-1 藥品 24 2-1-2 器材 26 2-2 實驗儀器設備 27 2-3 合成2-[(4-mercaptododecyl)oxy]methyl-15-crown-5 ether 28 2-3-1 15c5-4-Br之合成步驟 29 2-3-2 15c5-4-SH之合成步驟 30 2-4 金奈米微粒之合成 34 2-5 測量金奈米微粒之穿透式電子顯微鏡(TEM)影像 35 2-6 金奈米微粒之表面修飾 36 2-6-1 第一階段修飾：將thioctic acid (TA)修飾到金奈米微粒表面 36 2-6-2 第二階段修飾：將15c5-4-SH修飾到金奈米微粒表面 38 2-6-2-1 修飾的時間長度對置換反應的影響 38 2-6-2-2 修飾時各種15c5-4-SH添加量對置換反應的影響 39 2-7 反射式紅外光光譜量測 40 2-7-1 金膜玻璃片製備 41 2-7-2 測量反射式紅外光光譜的樣品製備 42 2-8 X光電子能譜(XPS)的量測 43 2-9 固定各種pH值緩衝溶液的離子強度 44 2-9-1 配置各種pH值的MES緩衝溶液 44 2-9-2 估算各pH的MES緩衝溶液之離子強度 45 2-9-3 將各pH值的緩衝溶液之離子強度調整為8.14 mM 47 2-10 15c5-4/TA-GNPs穩定性測試 48 2-10-1 測試金奈米微粒在各種pH值的緩衝溶液中之穩定性 48 2-10-2 測試金奈米微粒在各種離子強度中穩定性 49 2-11 測量15c5-4/TA-GNPs的表面電位 49 2-11-1 改變緩衝溶液的pH值對金奈米微粒表面電位之影響 50 2-11-2 改變溶液的離子強度對金奈米微粒表面電位之影響 50 2-12 測試金奈米微粒對鉀離子之偵測極限 51 2-12-1 改變溶液pH值對偵測靈敏度的影響 51 2-12-2 改變溶液離子強度對偵測靈敏度的影響 52 2-12-3 表面上各種15冠5醚密度對偵測靈敏度的影響 52 2-13 干擾離子測試 53 第三章 結果與討論 55 3-1 金奈米微粒之表面修飾 55 3-1-1 金奈米微粒之粒徑 55 3-1-2 利用光譜鑑定兩階段修飾法合成出的金奈米微粒 56 3-1-3 第二階段修飾的時間長度對置換反應之影響 59 3-1-4 第二階段修飾時15c5-4-SH添加量對置換反應的影響 61 3-1-5 利用XPS測量確定金奈米微粒表面15c5-4-SH之密度 65 3-2 15c5-4/TA-GNPs之穩定性 70 3-2-1 溶液pH值對穩定性的影響 70 3-2-2 溶液中離子強度對穩定性的影響 75 3-3 15c5-4/TA-GNPs對鉀離子的偵測靈敏度 78 3-3-1 估算偵測極限的方法 78 3-3-2 溶液pH值以及離子強度對偵測靈敏度的影響 80 3-3-3 15c5-4/TA-GNPs表面15c5-4-SH密度對偵測靈敏度的影響 82 3-4 干擾離子測試 87 第四章 結論 90 第五章 附錄 91 5-1 金奈米微粒粒徑計算 91 5-2 估算修飾時金奈米微粒表面最多可被多少條15冠5醚硫醇分子佔滿 93 5-2-1 TA-GNPs的檢量線 93 5-2-2 估算將金奈米微粒表面佔滿所需15冠5醚硫醇分子的條數 95 5-3 15c5-4/TA-GNPs偵測鉀離子之UV-vis光譜圖及檢量線 97 5-3-1 15c5-4/TA-GNPs在各種pH值的緩衝溶液中偵測鉀離子之UV-vis光譜圖及檢量線 97 5-3-2 表面上各種15c5-4-SH密度之15c5-4/TA-GNPs偵測鉀離子之UV-vis光譜圖及檢量線 101 5-4 UV-vis光譜基線校正方法 106 第六章 參考文獻 108

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