光催化诱导的可再生场效应晶体管生物传感器的研制与应用

发布时间：2017-09-26 01:33

  本文关键词：光催化诱导的可再生场效应晶体管生物传感器的研制与应用

  更多相关文章： 场效应晶体管 生物传感器 光催化 可再生的 石墨烯 二氧化钛

【摘要】：随着生物医学的不断发展,越来越多的新型医学诊断技术涌现出来,其中生物传感器技术作为一门新兴技术在生命科学以及医学检验领域得到了广泛的应用。在这些生物传感器中,纳米场效应晶体管生物传感器是十分重要的成员之一。因为它在检测各种生物分子时具有免标记,高灵敏度和高特异性等特点,所以在生物分子的检测方面具有十分广阔的前景。随着纳米材料科学的发展,大批的新型纳米材料得以应用于场效应晶体管生物传感器的构建,比如硅纳米线、碳纳米管、二硫化钼、石墨烯等。然而,当前出现的纳米场效应晶体管生物传感器的构建往往需要昂贵的和复杂的微纳加工技术,而且场效应晶体管表面修饰的生物分子以及检测完成后表面残留的分析物无法被完全的清除,这些原因导致了这种生物传感器通常是一次性使用。因此构建一种具有自清洁能力而且在检测完成后清除传感表面各种物质的场效应晶体管生物传感器具有非常重要的意义。这种可再生的场效应晶体管生物传感器不仅可以降低场效应晶体管生物传感器的制作成本,而且也可以极大地减小在复杂环境检测时所带来的非特异性问题。纳米材料中,石墨烯材料是近年来应用最广泛的材料之一。它具有导电性能好、电子迁移率高,比表面积大、生物相容性佳以及容易功能化等优点。当前,化学还原氧化石墨烯作为石墨烯的一种,不仅具有以上石墨烯的优点,而且其由氧化石墨烯还原而来,易于与其他纳米材料进行复合,使其具有更广泛的应用。二氧化钛作为一种优良的光催化材料,具有良好的光催化性能,能够有效地降解有机物分子。石墨烯与二氧化钛的复合物既能保持石墨烯的电学优势又能结合二氧化钛的光学性能,将这种复合物应用于场效应晶体管生物传感器,能为构建光催化诱导的可再生的场效应晶体管生物传感器带来一种新的思路。本研究将化学还原的氧化石墨烯与二氧化钛进行复合,制备出还原氧化石墨烯@二氧化钛场效应管器件,并通过在纳米材料表面修饰具有生物活性的受体进行特异的生物活性分子的检测。课题的主要内容包括以下三个部分:第一部分:光催化诱导的可再生场效应晶体管器件的研制及表征。首先使用化学还原的方法还原氧化的石墨粉制备出还原氧化石墨烯,同时利用硅烷化试剂使二氧化钛表面带正电,再与带负电的氧化石墨烯通过静电结合的方式复合成氧化石墨烯/二氧化钛复合物,然后在水合肼的处理下,化学还原成还原氧化石墨烯/二氧化钛复合物。制备完成后分别对氧化石墨烯、还原氧化石墨烯以及还原氧化石墨烯/二氧化钛纳米复合物进行相应的表征,紫外吸收光谱可见氧化石墨烯成功的被还原,透射电镜可以清楚地看到二氧化钛与还原氧化石墨烯成功的复合,x-射线光电子能谱图也可以证明复合物是由二氧化钛和还原氧化石墨烯组成的。将制备好的还原氧化石墨烯先滴加在场效应晶体管的传感阵列表面,再将制备好的还原氧化石墨烯/二氧化钛复合物滴加在还原氧化石墨烯上,构建具有“三明治”结构的场效应晶体管器件。采用扫描电镜对组装前后的场效应晶体管器件进行表征。扫面电镜结果可以看出传感区域由6对源漏电极组成,每对电极之间的沟道宽度为4μm左右,依次滴加还原氧化石墨烯和还原氧化石墨/二氧化钛纳米复合物后,成功在电极之间形成传感界面。另外对该场效应晶体管进行电学表征发现电学特异性曲线呈明显的双极性且器件为p型的场效应晶体管。第二部分:光催化诱导的可再生场效应晶体管生物传感器对蛋白质的检测。通过使用n-羟基琥珀酰亚胺酯1-芘丁酸作为链接分子,将d-二聚体的抗体固定在生物传感界面上,然后对不同浓度的d-二聚体pbs溶液和血清溶液进行检测,最终确定了d-二聚体在两种溶液体系中的检测限分别为10pg/ml和100pg/ml。检测完成后,通过紫外光照处理成功的实现了传感芯片的再生,并实现了通过固定不同的抗体检测不同蛋白质分子的目的。第三部分:光催化诱导的可再生场效应晶体管生物传感器对钙离子的检测。将钙离子结合剂Fluo-4am通过π-π堆积的方式直接固定在石墨烯传感界面上,从而实现钙离子的检测。研究发现这种生物传感器能灵敏的检测磷酸盐缓冲溶液中的钙离子,相信它在检测由细胞释放的钙离子研究中具有极大的潜力。
【关键词】：场效应晶体管 生物传感器 光催化 可再生的 石墨烯 二氧化钛
【学位授予单位】：湖北中医药大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN386;TP212
【目录】：

• 摘要6-9
• Abstract9-13
• 缩略词表13-14
• 前言14-19
• 第一章 光催化诱导的可再生场效应晶体管的研制及表征19-31
• 1 引言19-21
• 2 实验部分21-23
• 2.1 仪器与试剂21
• 2.2 氧化石墨烯的合成21
• 2.3 还原氧化石墨烯的合成21
• 2.4 RGO/TiO_2纳米复合物的合成21-22
• 2.5 场效应晶体管芯片的加工22
• 2.6 还原氧化石墨烯场效应晶体管的制作22
• 2.7 还原氧化石墨烯@二氧化钛场效应晶体管的制作22
• 2.8 表征22-23
• 2.9 电学性能检测23
• 3 结果和讨论23-30
• 3.1 还原氧化石墨烯@二氧化钛场效应晶体管制备原理23-24
• 3.2 氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、还原氧化石墨烯/二氧化钛纳米复合物的表征24-25
• 3.3 场效应晶体管芯片的表征25-26
• 3.4 还原氧化石墨烯场效应晶体管的表征26-27
• 3.5 还原氧化石墨烯@二氧化钛场效应晶体管的表征27-28
• 3.6 电学性能检测28-30
• 4 结论30-31
• 第二章 光催化诱导的可再生场效应晶体管生物传感器对D-二聚体的检测31-43
• 1 引言31-32
• 2 实验部分32-33
• 2.1 仪器与试剂32
• 2.2 D-二聚体单克隆抗体在场效应晶体管芯片上的固定32
• 2.3 免疫结合D-二聚体32
• 2.4 光催化32-33
• 2.5 电学检测33
• 2.6 表征33
• 3 结果与讨论33-41
• 3.1 光催化诱导的再生性FET生物传感器对蛋白质检测的原理33-34
• 3.2 抗体固定与抗原结合电学表征34-35
• 3.3 生物传感器的特异性35-37
• 3.4 生物传感器的灵敏度37-38
• 3.5 生物传感器的再生性能38-41
• 4 结论41-43
• 第三章 光催化诱导的可再生场效应晶体管生物传感器对钙离子的检测43-47
• 1 引言43
• 2 实验部分43-44
• 2.1 仪器与试剂43-44
• 2.2 配制Fluo-4am44
• 2.3 Fluo-4am探针的固定44
• 2.4 钙离子的结合44
• 2.5 光催化44
• 2.6 电学信号的检测44
• 3 结果与讨论44-46
• 3.1 光催化诱导的可再生场效应晶体管生物传感器检测钙离子的原理44-45
• 3.2 钙离子检测45-46
• 4 结论46-47
• 结语47-49
• 参考文献49-61
• 附录1 综述 生物传感器在D-二聚体检测中的应用61-69
• 参考文献66-69
• 附录2 攻读硕士学位期间的科研论文及学术交流获奖情况69-70
• 致谢70

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