基于还原氧化石墨烯的场效应生物传感器的构建与应用

发布时间：2017-10-27 00:22

  本文关键词：基于还原氧化石墨烯的场效应生物传感器的构建与应用

  更多相关文章： 场效应 生物传感 还原氧化石墨烯 生物分子 细胞

【摘要】：电学生物传感器处在生命科学、电子科学、材料科学、信息科学的交叉领域具有重要的研究意义。而场效应生物传感器作为一类电学生物传感器,其不仅能直接将生物信号转变为可以读取的电信号,而且可以依托集成电路和信号处理及新材料的发展实现操作简单、体积小、集成度高、灵敏高、实时监测的生物检测器件。石墨烯,由单层碳原子紧密堆积的二维平面材料,具有比表面积大、载流子迁移率高、低噪声等优点,是理想的电学传感材料。目前,基于石墨烯的制备主要有物理和化学等方法,而采用石墨氧化还原法不仅能进行导电性能的调控而且其表面引入的含氧官能团和缺陷也增加了它的生物活性,使其在生物传感器的应用中展现了极大的吸引力和研究价值。本文旨在利用化学还原法制备的还原氧化石墨烯构建液态门控场效应器件,利用氧化石墨烯的容易制备和导电性调控的优点,研究还原氧化石墨烯场效应器件的电学特性和生物传感机制。具体内容为：(1)利用实验室制备的氧化石墨烯溶液自组装成氧化石墨烯薄膜,并将其转移到电极上通过化学和热还原法处理得到还原氧化石墨烯薄膜,从拉曼和电学等方面分析了氧化石墨烯薄膜还原前后表面结构和导电性的改变程度,通过抗坏血酸和加热还原处理得到了具有不同导电性能的还原氧化石墨烯薄膜,其导电性能最高增大约106倍。(2)利用还原氧化石墨烯薄膜作为传感沟道构建液态门控场效应器件,在实验中观察到在溶液环境中不同还原程度的还原氧化石墨烯薄膜器件的电流-电压曲线非线性特征,提高氧化石墨烯薄膜的还原程度以减少其表面大量的含氧官能团,能有效改善界面的欧姆接触势,保持器件在溶液环境中的稳定性。(3)还原氧化石墨烯薄膜表面进行刀豆蛋白分子的特异修饰,测试了器件在组装过程中的电导特性的变化,分析了器件对胰蛋白酶抑制剂的检测能力及检测机理,验证了刀豆蛋白对胰蛋白酶抑制剂的特异识别作用。(4)利用场效应器件进行结肠癌细胞的活性检测,研究了细胞的存在对器件导电性的影响和器件对细胞活性的检测机制,得出了结肠癌细胞对器件导电性的改变很大程度上源于细胞表面积的改变。
【关键词】：场效应 生物传感 还原氧化石墨烯 生物分子 细胞
【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】：O613.71;TP212.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 引言9
• 1.2 场效应生物传感器9-14
• 1.2.1 场效应生物传感器的结构10-11
• 1.2.2 场效应生物传感器的工作原理11-14
• 1.3 石墨烯简介14-17
• 1.3.1 石墨烯的制备14-15
• 1.3.2 石墨烯的结构和性质15-16
• 1.3.3 石墨烯的功能化修饰16-17
• 1.4 石墨烯在场效应生物传感领域的应用17-20
• 1.4.1 基于石墨烯的免疫场效应生物传感器18-19
• 1.4.2 基于石墨烯的酶场效应生物传感器19-20
• 1.4.3 基于石墨烯的细胞传感器20
• 1.5 论文的研究目的和研究内容20-23
• 第二章 还原氧化石墨烯薄膜的制备与表征23-32
• 2.1 引言23-24
• 2.2 实验试剂与仪器24
• 2.3 还原氧化石墨烯薄膜的制备24-27
• 2.3.1 氧化石墨烯薄膜的制备24-25
• 2.3.2 氧化石墨烯薄膜的还原25-27
• 2.4 还原氧化石墨烯薄膜的表征27-30
• 2.5 本章小结30-32
• 第三章 液态门控场效应器件的构建和传感特性研究32-42
• 3.1 引言32
• 3.2 试剂和测试仪器32-33
• 3.3 还原氧化石墨烯场效应器件的构建33-38
• 3.3.1 传感区域封装34-35
• 3.3.2 还原氧化石墨烯薄膜的表面组装35-36
• 3.3.3 液态门控电导特性研究36-38
• 3.4 基于胰蛋白酶抑制剂的特异检测38-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第四章 还原氧化石墨烯器件在细胞活性检测方面的应用42-48
• 4.1 引言42-43
• 4.2 细胞传感器的构建43-47
• 4.2.1 结肠癌细胞的培养43-44
• 4.2.2 结肠癌细胞对器件的电学响应44-47
• 4.3 本章小结47-48
• 第五章 总结与展望48-50
• 5.1 总结48-49
• 5.2 展望49-50
• 致谢50-51
• 参考文献51-61
• 攻读硕士期间发表的学术论文61

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