当前位置:主页 > 科技论文 > 材料论文 >

基于二维材料的DNA检测器件制造及应用研究

发布时间:2018-10-31 14:46
【摘要】:纳米孔DNA检测技术作为第三代基因测序技术的引领者,具有免标记、免扩增、大通量等优点,是最有希望实现低成本快速测序的方法。纳米孔DNA检测技术中应用的纳米孔材料包括固态纳米孔和生物纳米孔,随着半导体加工技术越来越成熟,固态纳米孔正逐渐在纳米孔DNA检测技术中崭露头角。当二维材料被发现并成功实现实验室制备之后,如何将二维材料的优秀性能与纳米孔DNA检测有机结合起来已经成为该领域中的研究热点。本文采用实验的办法,选取二维材料中的石墨烯和MoS2(二硫化钼)作为纳米孔材料,制备了纳米孔器件,并进行了DNA检测研究。针对石墨烯材料,本文分析对比了氧化还原、碳化硅热解外延、机械剥离以及化学气相沉积等制备方法,最后选择以化学气相沉积法来制备用于纳米孔DNA检测的石墨烯,在以铜箔为衬底、甲烷为碳源的实验条件下成功制得了高质量大面积的单层石墨烯并成功转移至用于DNA检测的Si3N4/Si基底上。基于转移好的石墨烯,本文利用聚焦离子束系统制备出了纳米孔器件进行了DNA检测实验。实验结果表明:采用等离子处理石墨烯纳米孔能够显著改善纳米孔的亲水性、增大纳米孔的有效直径和减少DNA检测实验的噪音;利用石墨烯纳米孔能够实现单链DNA的检测以及单链DNA与双链DNA的区分。针对MoS2材料,本文就目前只能通过机械剥离方法来制备高质量MoS2二维材料的情况,开发了一种能应用于绝大多数机械剥离二维材料的高精度可控转移方法,在不对二维材料本身以及目标基底造成破坏的情况下,成功实现了机械剥离MoS2向S13N4/Si基底的转移以及石墨烯/MoS2异质结构的制备,证明了该方法的可行性和适应性。在成功完成转移实验的基础上,本文研究了基于MoS2的场效应晶体管与纳米孔DNA检测器件结合的可行性,设计了一套实现该种复合器件加工的工艺方案,并通过实验设计,完成了该类型器件在进行DNA过孔实验时阻塞电流信号的检测,实验结果表明该类型器件具有高信噪比和高稳定性的特点。
[Abstract]:As the leader of the third generation gene sequencing technology, nano-pore DNA detection technology has the advantages of no marker, no amplification, large throughput and so on. It is the most promising method to realize low cost and fast sequencing. Nano-pore materials used in nano-pore DNA detection technology include solid-state nano-pore and biological nano-pore. With the development of semiconductor processing technology, solid-state nano-pore is gradually emerging in nano-pore DNA detection technology. After the two-dimensional materials were discovered and successfully prepared in the laboratory, how to combine the excellent properties of two-dimensional materials with nano-pore DNA detection has become a research hotspot in this field. In this paper, graphene and MoS2 (molybdenum disulfide) in two-dimensional materials are selected as nano-porous materials to prepare nano-porous devices, and DNA detection is carried out. For graphene materials, the preparation methods of redox, pyrolysis and epitaxy of silicon carbide, mechanical stripping and chemical vapor deposition were compared. Finally, graphene was prepared by chemical vapor deposition method for DNA detection of nano-pore. Under the experimental conditions of copper foil and methane as carbon source, a high quality and large area graphene monolayer was successfully prepared and transferred to the Si3N4/Si substrate for DNA detection. Based on the transferred graphene, the nano-porous devices were fabricated by focused ion beam system for DNA detection. The experimental results show that plasma treatment of graphene nanoparticles can significantly improve the hydrophilicity of nano-pores, increase the effective diameter of nano-pores and reduce the noise of DNA test. The detection of single-stranded DNA and the distinction between single-stranded DNA and double-stranded DNA can be realized by using graphene nano-pore. Aiming at MoS2 materials, a high precision and controllable transfer method which can be applied to most mechanical stripping two-dimensional materials is developed in this paper, which can only be prepared by mechanical stripping method. The transfer of mechanical stripping of MoS2 to S13N4/Si substrate and the preparation of graphene / MoS2 heterostructure have been successfully realized without destroying the two-dimensional material and the target substrate. The feasibility and adaptability of this method have been proved. On the basis of successful transfer experiment, the feasibility of combining field effect transistor based on MoS2 with nano-hole DNA detection device is studied in this paper. A set of process scheme is designed to realize the fabrication of this kind of composite device, and the experimental design is carried out. The blocking current signal of this type of device is detected during the DNA perforation experiment. The experimental results show that the type of device has the characteristics of high signal-to-noise ratio (SNR) and high stability.
【学位授予单位】:东南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:Q78;TB383.1

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 徐耀忠;Thiobase DNA: the chemistry and some applications in cancer studies[J];Progress in Natural Science;2000年06期

2 傅衍 ,牛冬 ,阮晖 ,陈海燕;COMPARISON OF DIFFERENT ENZYMES AND PROBES AND THEIR COMBINATIONS IN DNA FINGERPRINTING[J];Journal of Zhejiang University Science;2001年04期

3 安小惠 ,王一理 ,来宝长 ,耿一萍 ,司履生;CONSTRUCTION OF HUMAN INTERLUEKIN-18 DNA VACCINE AND IT'S EXPRESSION IN MAMMALIAN CELLS[J];Journal of Xi'an Medical University;2001年02期

4 张鹏 ,孟继本 ,龙江 ,松浦辉男 ,王永梅;Synthesis of Benzo [α]phenoxazin-5-one Derivatives and Their Interactions with DNA[J];Chinese Journal of Chemistry;2002年05期

5 ;DIFFERENT RESULTS BY DIFFERENT COMMERCIAL TAQ DNA POLYMERASE IN RAPD[J];四川动物;2002年02期

6 ;Genetic Diversity of Three Aristichthys nobilis Populations and One Inbreeding Stock[J];Wuhan University Journal of Natural Sciences;2002年02期

7 强晓艺;DNA计算的应用与展望[J];西安联合大学学报;2002年02期

8 王军阳,范桂香,胜利,袁育康;THE CONSTRUCTION AND PRELIMINARY APPRAISEMENT OF HSV-2 gD GENE DNA VACCINE[J];Academic Journal of Xi'an Jiaotong University;2002年02期

9 董菁 ,成军 ,王勤环 ,施双双 ,王刚 ,斯崇文;CLONING AND ANALYSIS OF THE GENOMIC DNA SEQUENCE OF AUGMENTER OF LIVERR EGENERATION FROM RAT[J];Chinese Medical Sciences Journal;2002年02期

10 谢传晓;Evidence for Base Substitutions and Repair of DNA Mismatch Damage Induced by Low Energy N~+ Ion Beam Implantation in E. coli[J];High Technology Letters;2003年02期

相关会议论文 前10条

1 Michael J.Siefkes;Cory O.Brant;Ronald B.Walter;;A novel real-time XL-PCR for DNA damage detection[A];渔业科技创新与发展方式转变——2011年中国水产学会学术年会论文摘要集[C];2011年

2 ;Hormonal Regulation and Tumorigenic Role of DNA Methyltransferase[A];2011中国妇产科学术会议暨浙江省计划生育与生殖医学学术年会暨生殖健康讲习班论文汇编[C];2011年

3 Dongmei Zhao;Fan Jin;Yuli Qian;Hefeng Huang;;Expression patterns of Dnmtl and Dnmt3b in preimplantational mouse embryos and effects of in-vitro cultures on their expression[A];中华医学会第十次全国妇产科学术会议妇科内分泌会场(妇科内分泌学组、绝经学组、计划生育学组)论文汇编[C];2012年

4 姜东成;蒋稼欢;杨力;蔡绍皙;K.-L.Paul Sung;;在聚吡咯微点致动下的DNA杂交行为[A];2008年全国生物流变学与生物力学学术会议论文摘要集[C];2008年

5 白明慧;翁小成;周翔;;联邻苯二酚类小分子作为DNA交联剂的研究[A];第六届全国化学生物学学术会议论文摘要集[C];2009年

6 张晔;杜智;杨斌;高英堂;;检测外周血中游离DNA的应用前景(综述)[A];天津市生物医学工程学会第29届学术年会暨首届生物医学工程前沿科学研讨会论文集[C];2009年

7 周红;郑江;王良喜;丁国富;鲁永玲;潘文东;罗平;肖光夏;;CpG DNA诱导全身炎症反应综合征的作用及其机制研究[A];全国烧伤创面处理、感染专题研讨会论文汇编[C];2004年

8 ;EFFECTS OF Ku70-DEFICIENT ON ARSENITE-INDUCED DNA DOUBLE STRAND BREAKS, CHROMOSOMAL ALTERATIONS AND CELL CYCLE ARREST[A];海峡两岸第三届毒理学研讨会论文摘要[C];2005年

9 李经建;冀中华;蔡生民;;小沟结合方式中的DNA媒介电荷转移[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(下集)[C];2005年

10 ;The interaction between Levofloxacine Hydrochloride and DNA mediated by Cu~(2+)[A];湖北省化学化工学会2006年年会暨循环经济专家论坛论文集[C];2006年

相关重要报纸文章 前10条

1 本报记者 袁满;平安:把“领先”作为DNA[N];经济观察报;2006年

2 舒放;编织一个DNA纳米桶[N];医药经济报;2006年

3 闫洁;英两无罪公民起诉要求销毁DNA记录[N];新华每日电讯;2008年

4 何德功;日本制成诊断鱼病的“DNA书”[N];农民日报;2004年

5 本报记者 张巍巍;DNA样本也能作假[N];科技日报;2009年

6 周斌伟 邹巍;苏州警方应用DNA技术一年侦破案件1887起[N];人民公安报;2011年

7 本报记者 杨天笑;揭秘“神探”DNA[N];苏州日报;2011年

8 第四军医大学基础医学部生物化学与分子生物学教研室教授 李福洋;破除法老DNA的咒语[N];东方早报;2011年

9 常丽君;DNA电路可检测导致疾病的基因损伤[N];科技日报;2012年

10 常丽君;效率和质量:“DNA制造业”两大障碍被攻克[N];科技日报;2012年

相关博士学位论文 前10条

1 唐阳;基于质谱技术的基因组DNA甲基化及其氧化衍生物分析[D];武汉大学;2014年

2 池晴佳;DNA动力学与弹性性质研究[D];重庆大学;2015年

3 胡璐璐;哺乳动物DNA去甲基化过程关键酶TET2的三维结构与P暬蒲芯縖D];复旦大学;2014年

4 马寅洲;基于滚环扩增的DNA自组装技术的研究[D];南京大学;2014年

5 黄学锋;精子DNA碎片的临床意义:临床和实验研究[D];复旦大学;2013年

6 隋江东;APE1促进DNA-PKcs介导hnRNPA1磷酸化及其在有丝分裂期端粒保护中的作用[D];第三军医大学;2015年

7 刘松柏;结构特异性核酸酶FEN1在DNA复制及细胞周期过程中的功能性研究[D];浙江大学;2015年

8 王璐;哺乳动物中亲本DNA甲基化的重编程与继承[D];中国科学院北京基因组研究所;2015年

9 齐文靖;染色质改构蛋白BRG1在DNA双链断裂修复中的作用及机制研究[D];东北师范大学;2015年

10 龙湍;水稻T-DNA插入突变群体侧翼序列的分离分析和OsaTRZ2的克隆与功能鉴定[D];华中农业大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 董洪奎;面向可视化纳米操作的DNA运动学建模及误差实时校正方法[D];沈阳理工大学;2014年

2 闻金燕;水溶性羧基和吡啶基咔咯大环与DNA和人血清蛋白的相互作用[D];华南理工大学;2015年

3 江怿雨;水溶性羧酸卟啉及其配合物与DNA和人血清蛋白的相互作用[D];华南理工大学;2015年

4 高志森;比较外周游离循环肿瘤DNA与癌胚抗原监测非小细胞肺癌根治术前后肿瘤负荷变化的初步研究[D];福建医科大学;2015年

5 丁浩;血浆循环DNA完整性及多基因甲基化对肺癌诊断价值的研究[D];河北大学;2015年

6 王鹏;基于碳点@氧化石墨烯复合材料DNA生物传感器的构建及用于PML/RARα基因检测[D];福建医科大学;2015年

7 李海青;转碱篷和盐角草总DNA的耐盐紫花苜蓿的选育[D];内蒙古大学;2015年

8 李婷婷;小鼠DNA模式识别重要受体的分子结构特征及其功能研究[D];中国农业科学院;2015年

9 刘瑞斯;抗癌药物奥沙利铂与DNA相互作用的原子力显微镜观察研究[D];东北林业大学;2015年

10 熊忠;芳香二肽与一价金属离子间相互作用及DNA切割活性的研究[D];郑州大学;2015年



本文编号:2302581

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/2302581.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户fae97***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com