基于氧化石墨烯和DNA-量子点组装的纳米生物传感器及逻辑检测应用

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纳米材料的发展推动了纳米技术的发展,它们和其他学科的相互交叉与相互渗透,推动了各个领域的发展。量子点(QDs)由于其独特的光电学性质而受到广泛的关注,其优越的荧光性质使得其成为一种潜在的替换传统有机染料用于生物检测传感器构建的理想荧光物质,在生物传感、生物成像、生物逻辑门及生物医药领域应用广泛。自发现以来,石墨烯一直是被广泛关注的材料,氧化石墨烯(GO)是石墨烯的氧化产物,具有良好的水溶性和生物相容性,由于其具有大的比表面积和大的共轭体系,GO拥有较好的荧光猝灭性能。因此,GO在纳米生物检测、传感及逻辑计算结构的构建领域显示出良好的应用前景。DNA是生物大分子,与人类遗传和疾病有关,它引起了研究者对DNA结构及其应用研究的热潮。DNA独特的双螺旋结构赋予单链DNA高特异性的识别检测互补DNA序列的能力,可用于分子的检测、生物传感器及分子计算等领域。DNA可以用于构建逻辑电路,可用于单元分子及多元DNA分子的检测,同时DNA逻辑门的发展推动了生物逻辑门在分子计算领域的发展。  本研究组装了GO与DNA-量子点的纳米生物传感器,用于双DNA分子的逻辑检测,并实现了传感器的可逆设计与循环利用,为二元致病因子的检测提供了新的方法。制备了水溶性的DNA-量子点(P1),探究了荧光性质及其与互补DNA的杂交性能,制得的DNA-量子点荧光量子产率高、能很好地与互补DNA链杂交;在表面包上一层或两层 CdS壳后的 DNA-量子点体现出了较强的抗光漂白能力,这为传感器的构建提供了很好的荧光物质。利用化学氧化辅助超声合成单层片状的GO,该GO为单层的片状结构,其对DNA-量子点有较高的荧光猝灭效率,为其用于生物逻辑传感器的构建奠定基础。第四章:两种纳米材料组装构成逻辑检测传感器,以DNA为模板的CdTe量子点(P1),与GO以非共价键的π-π堆积作用组装,基于FRET原理及GO对单双链DNA吸附力的区别,同时识别检测两种目标分子,构建了简单的二元检测逻辑门----“OR”逻辑门,实现双DNA分子的检测。在此基础上,我们改进了DNA序列,实现了传感器的可逆设计,达到了多次循环使用的目的与效果,在生物分子检测及疾病诊断领域具有潜在的应用价值。
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