本文關(guān)鍵詞：光催化誘導(dǎo)的可再生場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器的研制與應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： 場(chǎng)效應(yīng)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(xué)的不斷發(fā)展,越來越多的新型醫(yī)學(xué)診斷技術(shù)涌現(xiàn)出來,其中生物傳感器技術(shù)作為一門新興技術(shù)在生命科學(xué)以及醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在這些生物傳感器中,納米場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器是十分重要的成員之一。因?yàn)樗跈z測(cè)各種生物分子時(shí)具有免標(biāo)記,高靈敏度和高特異性等特點(diǎn),所以在生物分子的檢測(cè)方面具有十分廣闊的前景。隨著納米材料科學(xué)的發(fā)展,大批的新型納米材料得以應(yīng)用于場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器的構(gòu)建,比如硅納米線、碳納米管、二硫化鉬、石墨烯等。然而,當(dāng)前出現(xiàn)的納米場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器的構(gòu)建往往需要昂貴的和復(fù)雜的微納加工技術(shù),而且場(chǎng)效應(yīng)晶體管表面修飾的生物分子以及檢測(cè)完成后表面殘留的分析物無法被完全的清除,這些原因?qū)е铝诉@種生物傳感器通常是一次性使用。因此構(gòu)建一種具有自清潔能力而且在檢測(cè)完成后清除傳感表面各種物質(zhì)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器具有非常重要的意義。這種可再生的場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器不僅可以降低場(chǎng)效應(yīng)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(fù)雜環(huán)境檢測(cè)時(shí)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(yīng)用最廣泛的材料之一。它具有導(dǎo)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(diǎn)。當(dāng)前,化學(xué)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(diǎn),而且其由氧化石墨烯還原而來,易于與其他納米材料進(jìn)行復(fù)合,使其具有更廣泛的應(yīng)用。二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N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(jī)物分子。石墨烯與二氧化鈦的復(fù)合物既能保持石墨烯的電學(xué)優(yōu)勢(shì)又能結(jié)合二氧化鈦的光學(xué)性能,將這種復(fù)合物應(yīng)用于場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器,能為構(gòu)建光催化誘導(dǎo)的可再生的場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器帶來一種新的思路。本研究將化學(xué)還原的氧化石墨烯與二氧化鈦進(jìn)行復(fù)合,制備出還原氧化石墨烯@二氧化鈦場(chǎng)效應(yīng)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(jìn)行特異的生物活性分子的檢測(cè)。課題的主要內(nèi)容包括以下三個(gè)部分:第一部分:光催化誘導(dǎo)的可再生場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件的研制及表征。首先使用化學(xué)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(shí)利用硅烷化試劑使二氧化鈦表面帶正電,再與帶負(fù)電的氧化石墨烯通過靜電結(jié)合的方式復(fù)合成氧化石墨烯/二氧化鈦復(fù)合物,然后在水合肼的處理下,化學(xué)還原成還原氧化石墨烯/二氧化鈦復(fù)合物。制備完成后分別對(duì)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(fù)合物進(jìn)行相應(yīng)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(fù)合,x-射線光電子能譜圖也可以證明復(fù)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(chǎng)效應(yīng)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(fù)合物滴加在還原氧化石墨烯上,構(gòu)建具有“三明治”結(jié)構(gòu)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件。采用掃描電鏡對(duì)組裝前后的場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件進(jìn)行表征。掃面電鏡結(jié)果可以看出傳感區(qū)域由6對(duì)源漏電極組成,每對(duì)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(fù)合物后,成功在電極之間形成傳感界面。另外對(duì)該場(chǎng)效應(yīng)晶體管進(jìn)行電學(xué)表征發(fā)現(xiàn)電學(xué)特異性曲線呈明顯的雙極性且器件為p型的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。第二部分:光催化誘導(dǎo)的可再生場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器對(duì)蛋白質(zhì)的檢測(cè)。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(duì)不同濃度的d-二聚體pbs溶液和血清溶液進(jìn)行檢測(cè),最終確定了d-二聚體在兩種溶液體系中的檢測(cè)限分別為10pg/ml和100pg/ml。檢測(cè)完成后,通過紫外光照處理成功的實(shí)現(xiàn)了傳感芯片的再生,并實(shí)現(xiàn)了通過固定不同的抗體檢測(cè)不同蛋白質(zhì)分子的目的。第三部分:光催化誘導(dǎo)的可再生場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器對(duì)鈣離子的檢測(cè)。將鈣離子結(jié)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(shí)現(xiàn)鈣離子的檢測(cè)。研究發(fā)現(xiàn)這種生物傳感器能靈敏的檢測(cè)磷酸鹽緩沖溶液中的鈣離子,相信它在檢測(cè)由細(xì)胞釋放的鈣離子研究中具有極大的潛力。
【關(guān)鍵詞】：場(chǎng)效應(yīng)晶體管 生物傳感器 光催化 可再生的 石墨烯 二氧化鈦
【學(xué)位授予單位】：湖北中醫(yī)藥大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(dǎo)的可再生場(chǎng)效應(yīng)晶體管的研制及表征19-31
• 1 引言19-21
• 2 實(shí)驗(yàn)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(fù)合物的合成21-22
• 2.5 場(chǎng)效應(yīng)晶體管芯片的加工22
• 2.6 還原氧化石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作22
• 2.7 還原氧化石墨烯@二氧化鈦場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作22
• 2.8 表征22-23
• 2.9 電學(xué)性能檢測(cè)23
• 3 結(jié)果和討論23-30
• 3.1 還原氧化石墨烯@二氧化鈦場(chǎng)效應(yīng)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(fù)合物的表征24-25
• 3.3 場(chǎng)效應(yīng)晶體管芯片的表征25-26
• 3.4 還原氧化石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管的表征26-27
• 3.5 還原氧化石墨烯@二氧化鈦場(chǎng)效應(yīng)晶體管的表征27-28
• 3.6 電學(xué)性能檢測(cè)28-30
• 4 結(jié)論30-31
• 第二章 光催化誘導(dǎo)的可再生場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器對(duì)D-二聚體的檢測(cè)31-43
• 1 引言31-32
• 2 實(shí)驗(yàn)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(chǎng)效應(yīng)晶體管芯片上的固定32
• 2.3 免疫結(jié)合D-二聚體32
• 2.4 光催化32-33
• 2.5 電學(xué)檢測(cè)33
• 2.6 表征33
• 3 結(jié)果與討論33-41
• 3.1 光催化誘導(dǎo)的再生性FET生物傳感器對(duì)蛋白質(zhì)檢測(cè)的原理33-34
• 3.2 抗體固定與抗原結(jié)合電學(xué)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(jié)論41-43
• 第三章 光催化誘導(dǎo)的可再生場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器對(duì)鈣離子的檢測(cè)43-47
• 1 引言43
• 2 實(shí)驗(yàn)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(jié)合44
• 2.5 光催化44
• 2.6 電學(xué)信號(hào)的檢測(cè)44
• 3 結(jié)果與討論44-46
• 3.1 光催化誘導(dǎo)的可再生場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器檢測(cè)鈣離子的原理44-45
• 3.2 鈣離子檢測(cè)45-46
• 4 結(jié)論46-47
• 結(jié)語47-49
• 參考文獻(xiàn)49-61
• 附錄1 綜述 生物傳感器在D-二聚體檢測(cè)中的應(yīng)用61-69
• 參考文獻(xiàn)66-69
• 附錄2 攻讀碩士學(xué)位期間的科研論文及學(xué)術(shù)交流獲獎(jiǎng)情況69-70
• 致謝70

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