基于微流控的石墨烯场效应管生物传感器设计及应用研究

来源 :山东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiao0mai
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
定量测量生物活性分子(DNA、RNA、蛋白质和配体等),尤其是对DNA的定量检测及其结合动力学的研究,在临床诊断、药物研发、食品筛选、生命科学研究以及法医鉴定等领域中都具有重大意义。而生物传感器由于具有响应速度快、精度高、成本低以及具有优异的选择性等优点,近几十年来发展迅速、应用广泛。到目前为止,已经研发出各种各样能够实现对DNA杂交动力学检测的生物传感器,包括荧光生物传感器、电化学生物传感器以及场效应晶体管生物传感器等。其中,荧光生物传感器和基于纳米材料(一维碳纳米管和硅纳米线等)的场效应晶体管生物传感器由于具有较高的检测灵敏度和优异的选择性而备受关注。石墨烯作为一种具有单原子厚度的二维碳材料,由于其具有高比表面积,对分析物表面的反应或吸附引起的电荷变化相当敏感以及载流子的迁移速率很高等优良特性,使得二维石墨烯场效应晶体管生物传感器比一维纳米材料场效应晶体管生物传感器在探测DNA杂交动力学方面更具优势。微流控芯片分析系统是一种能耗低、容易集成、快速并且高通量的微型分析实验装置,其利用微纳加工技术,能够最大限度地实现在生物芯片上集成样品进样、检测等分析功能。微流控芯片成本低、污染少、方便携带、自动化、易集成,能够实现高通量、高灵敏分析。因此,在微流控芯片分析系统集成多种传感技术实现对目标物检测的方式得到了大家广泛关注。尽管上述各类生物传感器已经得到广泛研究,多传感器集成也已被证明可以提高目标物检测的可靠性,并广泛应用于环境监测、自动目标识别和生物分子,但在微流控芯片分析系统中,关于多传感器集成在石墨烯场效应晶体管生物传感器中应用的报道很少。本文将石墨烯场效应管生物传感、荧光生物传感集成并结合磁性纳米颗粒构建了一种基于微流控的多传感集成的生物芯片并用于对单链DNA的检测。首先,将化学气相沉积生长的石墨烯薄膜转移到带有氧化铟锡电极的玻璃基底构成石墨烯场效应管的导电通道。其次,通过π-π堆垛作用,将1-芘丁酸N-羟基琥珀酰亚胺酯固定于石墨烯薄膜上作为媒连介质以固定探针适配体。荧光团标记的目标DNA与探针适配体杂交,形成光检测通道。然后,耦合磁性纳米颗粒的目标DNA在周期性磁场的调控下引起导电沟道的阻抗变化,形成磁控检测通道。最后,自主设计针对集成生物传感器芯片的微流控检测平台,联合光电磁三种检测方式,实现对目标DNA的检测。与传统单一检测方式的传感器相比,多传感集成生物芯片对单一目标检测可靠度高,且可同时对不同目标物进行检测,为集成生物传感器设计提供了一种策略。
其他文献
多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)是土壤(包括盐碱土以及一般土壤)中普遍存在的一类持久性有机污染物,为了强化土壤微生物修复的技术,本实验从石油污染的土壤中分离得到两种萘、荧蒽降解菌,命名为NW6、YN1,并对菌的生长曲线,不同pH、温度及盐浓度对生长的影响进行测定。利用生物活性水做强化实验,对萘、荧蒽的降解特性影响以及利用两种菌对萘、荧蒽污染土壤
学位
癌症是正常细胞在物理、化学、病毒等致癌因素刺激下,由原癌基因和抑癌基因突变而引发的疾病,是目前严重威胁人类健康的重大公共卫生问题。不论是新发病例还是死亡人数,中国都位居全球第一。因此,发展治疗癌症的有效方法是目前研究的热点和难点。由于稳定性、作用时间等限制,传统的药物输送手段在癌症治疗方面往往很难取得理想的治疗效果。纳米药物载体可以有效提高临床药物的稳定性,改善病人的药物吸收能力,延长药物的作用时
学位
癌症,起源于上皮组织,是一系列恶性肿瘤的总称,也是世界范围内公认的最难治愈的疾病之一。近年来癌症的发病率和致死率逐年攀升,给经济社会带来了沉重的负担。因此,探索有效的癌症诊断与治疗方法具有非常重要的意义。就癌症的早诊而言,目前的常规检测手段不易发现微小病灶且具有较低的灵敏度和特异性,容易产生假阳性信号,存在漏诊和误诊的情况。为了更好地实现癌症的早诊,研究人员通过检测肿瘤标志物表达情况的方法来实现癌
学位
计算听觉场景分析是音频信号研究的重要领域,研究如何通过计算分析来开展音频信号的分析、处理和应用,近年来越来越得到重视。声学场景识别是计算听觉场景分析领域的重要研究内容,旨在通过音频信息来判断音频录制时所处的环境,即通过音频分析来识别周围环境。与视觉信号相比,音频信号具有众多独特的优势,例如,音频信号采集方便,音频信号采集过程的抗干扰能力强,音频信号采集成本低等等。声学场景识别可以广泛地应用于自动驾
学位
癌症,又称为恶性肿瘤,是指正常细胞在内源性或者外源性致癌因素的作用下发生转变,形成具有一定生物学特性的异常细胞,如异常分化和增殖、浸润和转移,最终发展成为肿瘤组织的疾病。由于肿瘤细胞的异常增殖及其能够侵入正常组织甚至通过淋巴系统和血液转移到整个身体,因此癌症往往难以治愈,是一种严重的致命性疾病。癌症的早期发现和诊断是癌症治疗的关键,若能及时发现和正确诊断,并进行有效地治疗,可以极大地提高癌症的治愈
学位
教育工作者和家长都认为家庭作业能促进学生的学习、成就、工作习惯和动机。家庭作业作为学校教育的重要组成部分,本文对家庭作业行为中的努力维度的性别差异进行了元分析,来深入探讨在当前的学校教育条件下家庭作业努力程度的表现。采用元分析的方法,对以往的研究观点进行总结与澄清,结果表明,中小学生家庭作业努力不存在性别差异,学段、地区、学科和出版类型对性别和家庭作业努力的调节效应不显著。
期刊
等离子体催化CH4干重整技术是一种利用等离子体催化剂相互作用将温室气体CH4-CO2转化为合成气和有价值的化学品的新兴技术。同时,机器学习作为现阶段人工智能的主要实现途径,是一种崭新的、强大的数值模拟工具,对降低传统数值模拟中大数据集集中处理的复杂度、解决传统数值模拟中的不易收敛问题、减少实验资源的消耗有重大意义。然而,研究发现目前关于等离子体催化重整温室气体的研究主要集中于实验方面,鲜见对等离子
学位
温室气体(Greenhouse Gas,GHG)的温室效应引发全球变暖和气候变化,这使得全球生态环境面临着很大的威胁。一氧化二氮(N2O)是全球六大GHG之一,相较于人们熟知的二氧化碳(CO2),N2O含量相对较低,但其全球变暖潜能值(Global Warming Potential,GWP)却是CO2的310倍左右,此外,它对臭氧(O3)也有一定的破坏作用。因此,有效探测大气中的N2O含量及其浓
学位
水利工程项目有利于完善基础设施建设,对我国经济和社会的发展具有重要的作用,但也会在一定程度上影响生态环境,如对气候造成干扰,侵占水生物的生活空间,影响水质,甚至可能会引发地质灾害,因此必须引起人们的关注和重视。基于此,文章主要从水环境、生物多样性、地质环境等方面探讨水利工程建设对生态环境的影响,并提出相应的解决措施,以供参考。
期刊
科学在社会的发展过程中起着举足轻重的作用,科学技术正逐步成为社会发展的核心力量并影响着我们生活的方方面面。在此背景下,进一步提升公民的科学素养就成为一个重要任务。科学本质作为科学素养的重要组成部分,提高学生的科学本质观水平对培养学生的科学素养具有重要作用。教师作为陪伴学生成长的重要人员之一,他们的科学本质观水平对学生有很大的影响。因此提高物理职前教师的科学本质观水平对提高学生对科学本质理解起到举足
学位