2010-4-6 11:27 办公室
  生物分子的电学检测是生物检测技术的一个重要组成部分。生物分子的导电性对如何通过电子学信号来反映生物分子的构型与功能至关重要,而生物分子固有的结构热运动产生的噪声会很大地降低检测信号的信噪比,电极(或者基底)与生物分子之间的耦合不够充分也是这类噪声的主要来源。

  一种合适的导电固体材料会对生物分子具有特殊的吸附作用,一方面可以通过这种吸附作用降低生物分子结构的热运动,另一方面也能够有效地增强衬底与生物分子的电耦合,从而提高检测的信噪比。最近,中国科学院上海应用物理研究所物理生物学实验室的方海平课题组与樊春海课题组合作,通过理论计算发现,把单层石墨烯放在金(111)表面形成的复合结构,可以稳定吸附DNA分子,进而通过石英晶体微天平(QCM)技术在实验上很好地验证了该理论研究结果。这一复合纳米结构因具有的很好的导电性,有望在生物分子检测和纳米器件等领域有着广阔应用前景。相关研究结果作为内封面文章发表于《化学物理化学》[ChemPhysChem 11, 585-589 (2010)]。

  此前,该实验室通过理论与实验已证明,石墨烯表面可以很好地吸附DNA上的苯环状结构[Advanced Functional Materials 19, 1-7 (2010)]。石墨烯-金复合体与DNA分子相互作用的研究结果揭示,这种复合体可以有效地吸附单链DNA(ssDNA)分子,破坏ssDNA的螺旋结构,使它平铺在石墨烯表面,其中的碱基与石墨烯表面直接接触,从而显著降低STM测量中DNA螺旋结构带来的噪声。另一方面,石墨烯-金复合体中,金作为金属可以保证测量中电流信号的强度比较高。所以,将石墨烯-金复合体为STM基底,采用STM技术对DNA进行扫描,能够清晰的分辨出DNA中的四种不同类型的碱基。此研究成果在生物纳米术领域有着广泛的应用前景,例如生物器件、生物传感器,以及高精度DNA测序等等。

  该项研究工作由上海应用物理所和德国Karlsruhe大学的研究人员合作完成,得到了中国科学院、国家自然科学基金委、国家科技部、国家卫生部和上海市人民政府(通过上海超级计算中心)的共同资助。

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