石墨烯(Graphene)是一种由sp2碳原子构成的二维平面薄膜,单层厚度仅0.34 nm。石墨烯通过π-π堆叠的结构与一些生物材料复合,广泛用于生物检测中。核酸适配体具有较低的分子质量,良好的稳定性,而且可以直接与目标分子结合,检测的过程十分简单快速。并且由于核酸适配体可以进行不同长度的加工,灵活的改性和化学标记,所以对离子,小分子,药物,多肽,蛋白等均有很好的响应性。本文针对石墨烯的结构特点,利用石墨烯与单链DNA(ssDNA)适配体结合,再通过液晶观察的结果,实现了免标记检测,并构建了液晶生物传感器实现了对金属钾离子的检测。主要研究内容如下:(1)采用了化学气相沉积法,即对生长石墨烯的铜箔进行退火处理,制备出了高质量的单晶石墨烯。(2)本文基于液晶分子(4-Cyano-4’-pentylbiphenyl,5CB)在石墨烯表面平行于其结构排列。当石墨烯表面吸附了ssDNA后,会干扰液晶分子在石墨烯表面的排布。最后当ssDNA与钾离子形成G-四联体时,从石墨烯上解吸,液晶分子在石墨烯表面重新平行排列。(3)实验基于5CB液晶将表面信号放大,并转换为光学信号构建了检测钾离子的光学生物传感器。该传感器首先观察到波浪形条纹的信号,并在旋转的过程中单晶的区域并不能同时完全变亮或完全变暗。在有钾离子的存在情况下,适配体与离子结合,从石墨烯表面解吸。观察到石墨烯单晶的区域颜色在旋转的过程中同时变亮或变暗的情况。