[發明專利]金屬納米顆粒復合二維材料異質結構傳感器及制備方法

在審

• 申請號: 202110260664.1
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113189178A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 王向玲;王蕾;楊誠;于斌;張云松;常雅珣;馬若為
• 申請（專利權）人: 山東大學齊魯醫院
• 主分類號: G01N27/414
• 分類號: G01N27/414;G01N27/327
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 孫亞琳;苗峻

本發明公開了一種金屬納米顆粒復合二維材料異質結構傳感器及制備方法。一種金屬納米顆粒復合二維材料異質結構DNA傳感器，其特征是：由金屬納米結構和二維材料組成，所述金屬納米結構為金納米顆粒或銀納米顆粒或銅納米顆粒，所述二維材料為石墨烯和過渡金屬硫化物，所述過渡金屬硫化物為二硫化鉬或二硫化鎢。本發明通過將具有納米場效應的石墨烯和有著天然的能帶隙及較強的理化性質的TMDCs進行結合，制備了一種能夠高靈敏檢測DNA等生物分子的生物傳感器。本發明制備金屬顆粒復合的二維材料異質結構的方法簡單易行，可以實現低成本、大規模地制備。

技術領域

本發明涉及一種可以檢測DNA生物分子的異質結構生物傳感器，屬于生物傳感技術領域。本發明還涉及上述傳感器的制備方法及應用。

背景技術

利用DNA信息對疾病進行診斷治療是精準醫療的一把利劍，可以將疾病的診斷治療帶入分子水平，這引起了國內外的廣泛關注。

通過對DNA上基因序列的綜合分析可形成有價值的醫學信息，最終設計出針對個體的最優解決方案，實現對疾病的早期預防、精確診斷和精準治療。DNA 分子雜交檢測被應用于克隆基因的篩選、酶切圖譜的制作、基因組中特定基因序列的定性、定量檢測和疾病的診斷等方面；DNA雜交的結合動力學及親和力的測定有助于揭示生物分子過程中涉及的分子機制，并在系統生物學，個性化和精密醫學中起著重要作用；單核苷酸多態性是近年來最有發展潛力的第三代分子標記，與個體藥物反應差異性密切相關，可以被用于篩選癌癥新的敏感位點，篩查藥物反應和毒性相關位點；DNA甲基化作為調控基因表達的一種方式，在基因轉錄、細胞分化、腫瘤的發生中發揮重要作用，被應用于篩查結腸癌等疾病，預測藥物敏感性，臨床治療骨髓異型增生綜合征及其他腫瘤。

目前醫療機構主要依靠大型分析儀器對DNA進行檢測，然而這些儀器昂貴、笨重、操作復雜，難以適應私人定制、精準醫療的發展趨勢。近年來，各種用于檢測DNA的小型傳感裝置逐漸成為研究的熱點，其中基于場效應管(FET)的便攜式生物傳感器因具有免標記、成本低、靈敏度高、操作簡單等優勢被視為重要的下一代DNA檢測工具。

FET生物傳感器通過檢測待測分子吸附到溝道材料表面時引起的電荷或電場的改變獲得可供檢測的電學信號，在DNA堿基變異、雜交檢測等方面具有重要的應用。

《石墨烯的化學氣相沉積法制備》中公開了制備了一種單晶單層石墨烯薄膜；申請號為201810537737.5的中國專利，制備得到了單晶單層石墨烯，上述文獻中沒有記載其他的二維材料及其異質結構。申請號為201510188964.8的中國專利，其制備了包括聚苯胺等和石墨烯的復合纖維，其不是制備金屬納米顆粒復合二維材料異質結構。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的一個目的是提供一種金屬納米顆粒復合二維材料異質結構DNA-FET傳感器，其成本低，操作簡單，能夠高靈敏檢測DNA等生物分子。

本發明是通過如下技術方案來實現的：一種金屬納米顆粒復合二維材料異質結構DNA傳感器，其特征是：由金屬納米結構和二維材料組成，所述金屬納米結構為金納米顆粒或銀納米顆粒或銅納米顆粒，所述二維材料為石墨烯和過渡金屬硫化物，所述過渡金屬硫化物為二硫化鉬或二硫化鎢。

本發明中，傳感器由金屬納米顆粒復合二維材料異質結構組成，石墨烯具有納米場效應，TMDCs(過渡金屬硫化物)有著天然的能帶隙及較強的理化性質， TMDCs能夠改變二維褶皺結構石墨烯的能帶結構，當DNA分子與導電溝道材料表面的探針結合時，會改變導電溝道的電荷數，進而改變電流。金屬顆粒在電場的作用下調節二維材料異質結構的電流強度，通過電流變化程度，達到檢測DNA 分子的目的。

本發明的第二個目的是提供一種金屬納米顆粒復合二維材料異質結構DNA 傳感器的制備方法，其特征是：包括如下步驟：