本文關鍵詞：光催化誘導的可再生場效應晶體管生物傳感器的研制與應用

  更多相關文章： 場效應晶體管 生物傳感器 光催化 可再生的 石墨烯 二氧化鈦

【摘要】：隨著生物醫(yī)學的不斷發(fā)展,越來越多的新型醫(yī)學診斷技術涌現(xiàn)出來,其中生物傳感器技術作為一門新興技術在生命科學以及醫(yī)學檢驗領域得到了廣泛的應用。在這些生物傳感器中,納米場效應晶體管生物傳感器是十分重要的成員之一。因為它在檢測各種生物分子時具有免標記,高靈敏度和高特異性等特點,所以在生物分子的檢測方面具有十分廣闊的前景。隨著納米材料科學的發(fā)展,大批的新型納米材料得以應用于場效應晶體管生物傳感器的構建,比如硅納米線、碳納米管、二硫化鉬、石墨烯等。然而,當前出現(xiàn)的納米場效應晶體管生物傳感器的構建往往需要昂貴的和復雜的微納加工技術,而且場效應晶體管表面修飾的生物分子以及檢測完成后表面殘留的分析物無法被完全的清除,這些原因導致了這種生物傳感器通常是一次性使用。因此構建一種具有自清潔能力而且在檢測完成后清除傳感表面各種物質(zhì)的場效應晶體管生物傳感器具有非常重要的意義。這種可再生的場效應晶體管生物傳感器不僅可以降低場效應晶體管生物傳感器的制作成本,而且也可以極大地減小在復雜環(huán)境檢測時所帶來的非特異性問題。納米材料中,石墨烯材料是近年來應用最廣泛的材料之一。它具有導電性能好、電子遷移率高,比表面積大、生物相容性佳以及容易功能化等優(yōu)點。當前,化學還原氧化石墨烯作為石墨烯的一種,不僅具有以上石墨烯的優(yōu)點,而且其由氧化石墨烯還原而來,易于與其他納米材料進行復合,使其具有更廣泛的應用。二氧化鈦作為一種優(yōu)良的光催化材料,具有良好的光催化性能,能夠有效地降解有機物分子。石墨烯與二氧化鈦的復合物既能保持石墨烯的電學優(yōu)勢又能結合二氧化鈦的光學性能,將這種復合物應用于場效應晶體管生物傳感器,能為構建光催化誘導的可再生的場效應晶體管生物傳感器帶來一種新的思路。本研究將化學還原的氧化石墨烯與二氧化鈦進行復合,制備出還原氧化石墨烯@二氧化鈦場效應管器件,并通過在納米材料表面修飾具有生物活性的受體進行特異的生物活性分子的檢測。課題的主要內(nèi)容包括以下三個部分:第一部分:光催化誘導的可再生場效應晶體管器件的研制及表征。首先使用化學還原的方法還原氧化的石墨粉制備出還原氧化石墨烯,同時利用硅烷化試劑使二氧化鈦表面帶正電,再與帶負電的氧化石墨烯通過靜電結合的方式復合成氧化石墨烯/二氧化鈦復合物,然后在水合肼的處理下,化學還原成還原氧化石墨烯/二氧化鈦復合物。制備完成后分別對氧化石墨烯、還原氧化石墨烯以及還原氧化石墨烯/二氧化鈦納米復合物進行相應的表征,紫外吸收光譜可見氧化石墨烯成功的被還原,透射電鏡可以清楚地看到二氧化鈦與還原氧化石墨烯成功的復合,x-射線光電子能譜圖也可以證明復合物是由二氧化鈦和還原氧化石墨烯組成的。將制備好的還原氧化石墨烯先滴加在場效應晶體管的傳感陣列表面,再將制備好的還原氧化石墨烯/二氧化鈦復合物滴加在還原氧化石墨烯上,構建具有“三明治”結構的場效應晶體管器件。采用掃描電鏡對組裝前后的場效應晶體管器件進行表征。掃面電鏡結果可以看出傳感區(qū)域由6對源漏電極組成,每對電極之間的溝道寬度為4μm左右,依次滴加還原氧化石墨烯和還原氧化石墨/二氧化鈦納米復合物后,成功在電極之間形成傳感界面。另外對該場效應晶體管進行電學表征發(fā)現(xiàn)電學特異性曲線呈明顯的雙極性且器件為p型的場效應晶體管。第二部分:光催化誘導的可再生場效應晶體管生物傳感器對蛋白質(zhì)的檢測。通過使用n-羥基琥珀酰亞胺酯1-芘丁酸作為鏈接分子,將d-二聚體的抗體固定在生物傳感界面上,然后對不同濃度的d-二聚體pbs溶液和血清溶液進行檢測,最終確定了d-二聚體在兩種溶液體系中的檢測限分別為10pg/ml和100pg/ml。檢測完成后,通過紫外光照處理成功的實現(xiàn)了傳感芯片的再生,并實現(xiàn)了通過固定不同的抗體檢測不同蛋白質(zhì)分子的目的。第三部分:光催化誘導的可再生場效應晶體管生物傳感器對鈣離子的檢測。將鈣離子結合劑Fluo-4am通過π-π堆積的方式直接固定在石墨烯傳感界面上,從而實現(xiàn)鈣離子的檢測。研究發(fā)現(xiàn)這種生物傳感器能靈敏的檢測磷酸鹽緩沖溶液中的鈣離子,相信它在檢測由細胞釋放的鈣離子研究中具有極大的潛力。
【關鍵詞】：場效應晶體管 生物傳感器 光催化 可再生的 石墨烯 二氧化鈦
【學位授予單位】：湖北中醫(yī)藥大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN386;TP212
【目錄】：

• 摘要6-9
• Abstract9-13
• 縮略詞表13-14
• 前言14-19
• 第一章 光催化誘導的可再生場效應晶體管的研制及表征19-31
• 1 引言19-21
• 2 實驗部分21-23
• 2.1 儀器與試劑21
• 2.2 氧化石墨烯的合成21
• 2.3 還原氧化石墨烯的合成21
• 2.4 RGO/TiO_2納米復合物的合成21-22
• 2.5 場效應晶體管芯片的加工22
• 2.6 還原氧化石墨烯場效應晶體管的制作22
• 2.7 還原氧化石墨烯@二氧化鈦場效應晶體管的制作22
• 2.8 表征22-23
• 2.9 電學性能檢測23
• 3 結果和討論23-30
• 3.1 還原氧化石墨烯@二氧化鈦場效應晶體管制備原理23-24
• 3.2 氧化石墨烯、還原氧化石墨烯、還原氧化石墨烯/二氧化鈦納米復合物的表征24-25
• 3.3 場效應晶體管芯片的表征25-26
• 3.4 還原氧化石墨烯場效應晶體管的表征26-27
• 3.5 還原氧化石墨烯@二氧化鈦場效應晶體管的表征27-28
• 3.6 電學性能檢測28-30
• 4 結論30-31
• 第二章 光催化誘導的可再生場效應晶體管生物傳感器對D-二聚體的檢測31-43
• 1 引言31-32
• 2 實驗部分32-33
• 2.1 儀器與試劑32
• 2.2 D-二聚體單克隆抗體在場效應晶體管芯片上的固定32
• 2.3 免疫結合D-二聚體32
• 2.4 光催化32-33
• 2.5 電學檢測33
• 2.6 表征33
• 3 結果與討論33-41
• 3.1 光催化誘導的再生性FET生物傳感器對蛋白質(zhì)檢測的原理33-34
• 3.2 抗體固定與抗原結合電學表征34-35
• 3.3 生物傳感器的特異性35-37
• 3.4 生物傳感器的靈敏度37-38
• 3.5 生物傳感器的再生性能38-41
• 4 結論41-43
• 第三章 光催化誘導的可再生場效應晶體管生物傳感器對鈣離子的檢測43-47
• 1 引言43
• 2 實驗部分43-44
• 2.1 儀器與試劑43-44
• 2.2 配制Fluo-4am44
• 2.3 Fluo-4am探針的固定44
• 2.4 鈣離子的結合44
• 2.5 光催化44
• 2.6 電學信號的檢測44
• 3 結果與討論44-46
• 3.1 光催化誘導的可再生場效應晶體管生物傳感器檢測鈣離子的原理44-45
• 3.2 鈣離子檢測45-46
• 4 結論46-47
• 結語47-49
• 參考文獻49-61
• 附錄1 綜述 生物傳感器在D-二聚體檢測中的應用61-69
• 參考文獻66-69
• 附錄2 攻讀碩士學位期間的科研論文及學術交流獲獎情況69-70
• 致謝70

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