基于石墨烯构建的磁控生物传感器用于DNA的高灵敏度检测

来源 :山东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fragishsss
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DNA的研究对于分子生物学的探索、基因病症的诊定等拥有十分重要的意义,所以研发一款高灵敏度的DNA检测手段是迫切的需求。DNA的检测方法中,生物传感器由于具备较高的特异性、灵敏度,并且相对来说成本较低,所以吸引越来越多的生物研究领域的专家学者投入研究。当下,有许多生物传感器用于DNA的监测,其中荧光生物传感器、电化学生物传感器和场效应管生物传感器应用较多。并且,场效应管生物传感器由于具备相对较高的敏锐度以及可以快速响应而得到普遍的研究应用。石墨烯由于具备优良的电学特点,如高比表面积、高导电性、室温下极好的电子迁移率,所以可以作为制备生物传感器的一种理想原料。近年来,许多专家学者关注于将石墨烯与生物传感器结合起来研究应用,因此石墨烯场效应管生物传感器被推上传感器领域的舞台。在常规的石墨烯场效应管生物传感器中,外电场通过栅电极在石墨烯膜和溶液电解质之间的界面处形成双导电层,栅电极穿过电解质对双导电层充电和放电,从而调制石墨烯场效应管生物传感器的电阻特性。因此,该类传感器的导电性与外部电场的强度有关。然而,随着电场增加,一些生物样品极有可能被电离损坏。此外,Ag/AgCl通常适合作为栅电极,不适合构建集成的生物传感器。在此,本研究提出了一种磁控石墨烯场效应管生物传感器,利用磁场而不是电场来调制生物传感器的导电性。将化学气相沉积法生产的石墨烯转移到具有氧化铟锡电极的玻璃基板上作为导电通道。为了将探针DNA链与石墨烯连接,在研究中利用1-芘丁酸琥珀酰亚胺酯作为连接介质,将探针DNA与石墨烯连接,用于捕获与磁性纳米颗粒结合的待测DNA。在磁控石墨烯场效应管传感器的背面上加载周期性磁场,可以检测到传感器产生的电信号呈现周期性波动。实验中,使用自制实时数据检测装置来检测该传感器的阻抗波动。自制实时数据采集系统包含信号调理模块、取样积分模块、Arduino信号采集模块、主控模块、上位机LabVIEW的设计。信号调理模块中利用惠斯通电桥电路采集传感器的电阻信号,随后将采集到的信号进行放大并通过取样积分模块滤除电路噪声。LabVIEW向Arduino发送信号采集命令,Arduino采集电路的电信号后传送至LabVIEW。LabVIEW对传感器的电信号执行实时展示,并存放在指定文件夹。检测结果表明,磁控石墨烯场效应管生物传感器在周期磁场中的阻抗波动与DNA的浓度、长度以及磁场强度有关。本论文提出的生物传感器对DNA的测定表现出较高的灵敏度,并为石墨烯场效应管生物传感器提出一种新颖的探究方法。
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