核酸分子的检测可以为分子生物学研究、遗传病诊断和环境监测等提供非常有用的信息。虽然目前已有多种检测核酸分子的方法,但是研发超灵敏度、高选择性的核酸检测方法仍然十分重要。随着现代电子技术及生物技术的迅速发展,生物传感器的研究越来越热门,这个新兴的交叉学科领域将在生命科学研究及医学检测中发挥越来越重要的作用。生物传感器是将生物识别元件与适当的信号转导元件组合在一起用来可逆和选择性地检测各种类型样品中的生物化学物质的浓度或活性的装置。生物传感器是一类以生物识别元件(如核酸、抗体、酶、细胞等)作为生物敏感单元,对目标待测物具有高度选择性的特殊装置。然后利用信号转导元件将生物信号转换成可以检测的信号,而实现对待测目标物的检测。纳米场效应晶体管(field effect transistor,FET)生物传感器是近年发展起来的一种基于纳米材料的新型生物传感器。一方面,它具有高度的微型化和集成化的潜力而吸引了生命科学领域研究者的广泛关注。另一方面,由于纳米材料具有独特的理化性质,如表面效应、微尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应等,使得纳米FET生物传感器与传统的检测技术相比,具有灵敏度和选择性高、分析速度快、免标记、操作简单、试剂消耗少等特点,非常适用于生物分子的检测,可以预见它在医学检测中会发挥越来越大的作用。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的二维纳米材料。石墨烯具有独特的理化性质:大的体表比、高的电子迁移率、极好的热电传导性、高机械强度等,石墨烯这些独特的性质可用来提高纳米FET生物传感器检测的灵敏度和选择性。本文将纳米材料石墨烯应用于场效应晶体管生物传感器上,构建基于石墨烯的FET生物传感器。在石墨烯表面固定上与靶序列特异的探针分子,利用核酸-核酸分子杂交的原理和通过检测杂交前后电信号的变化就可以达到高灵敏度和高选择性地检测核酸分子的目的。具体内容如下:第一章:基于肽核酸修饰的石墨烯场效应晶体管DNA生物传感器按照标准的微纳加工技术制备场效应晶体管,利用98%的肼化学还原氧化石墨烯(graphene oxide,GO)制备得到还原的氧化石墨烯(reduced graphene oxide,R-GO),将R-GO悬液滴涂到场效应晶体管器件表面构建石墨烯FET生物传感器。然后通过1-芘丁酸-琥珀酰亚胺酯(1-pyrenebutanoic acid succinimidyl ester,PASE)将肽核酸(peptide nucleic acid,PNA)探针固定在场效应晶体管生物传感器上的R-GO表面,通过检测PNA-DNA杂交前后电信号的变化进行DNA的检测。实验得到的DNA检测限可低至100 fmol/L,该灵敏度比已报道的基于DNA-DNA杂交的石墨烯场效应晶体管DNA生物传感器的灵敏度提高了一个数量级。另外,该R-GO场效应晶体管生物传感器还能够区分互补DNA、非互补DNA和单碱基错配的DNA,具有很好的选择性。同时,该DNA生物传感器还能够重复使用。终上所述,构建的R-GO场效应晶体管DNA生物传感器具有超高的灵敏度、高选择性及重复使用性,表明其作为一个床旁检测工具在疾病诊断中具有潜在的应用前景。第二章:基于金纳米颗粒修饰的石墨烯场效应晶体管mi RNA生物传感器按上述方法制备石墨烯场效应晶体管生物传感器,利用氯金酸溶液将金纳米颗粒(gold nanoparticles,Au NPs)沉积在石墨烯表面,构建金纳米颗粒修饰的石墨烯场效应晶体管生物传感器。将PNA探针通过化学共价键固定在Au NPs表面,加入mi RNA与PNA探针杂交,通过检测该石墨烯FET生物传感器杂交前后电信号的变化就可以来检测mi RNA。该石墨烯FET生物传感器对mi RNA的检测限可低至10 fmol/L,且该生物传感器能够区分互补mi RNA、非互补mi RNA和单碱基错配的mi RNA。此外,本章还尝试将该具有高灵敏度和高选择性的石墨烯FET生物传感器用于血清样品中mi RNA的检测,结果表明该石墨烯FET生物传感器也能用于实际样品的检测。相信该方法为mi RNA的检测将提供一种新型的检测平台。