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美科研人員開發出以石墨烯為基礎的DNA感測器
  編者按:在基因組測序技術領域,科學家在不斷追求速度更快、成本更低的方法和設備。最近,美國伊利諾斯大學厄本那—香檳分校最近開發出是一種以石墨烯為基礎的DNA感測器,它能探測DNA鏈的旋轉和位置結構。從更廣泛的意義上說,這是生物學與納米電子學在分子水平上的互動,利用生物處理海量信息的能力,開辟信息處理技術的新天地。”
  
  在基因組測序技術領域,科學家在不斷追求速度更快、成本更低的方法和設備。據物理學家組織網10月30日報道,最近,美國伊利諾斯大學厄本那—香檳分校最近開發出了一種新奇的方法:把石墨烯納米帶(GNR)夾在兩層有納米孔(內徑約1納米)的固體膜中間,再讓DNA分子穿過這種“三明治”設備,以此來感知辨認所通過的DNA堿基對。
  
  研究人員設計的DNA感測器是一種以石墨烯為基礎的場效應類晶體管設備,能探測DNA鏈的旋轉和位置結構。實現這一點的關鍵是利用了石墨烯的電學性質,制成的GNR可以多方調節,改變它的邊緣形狀、載流子濃度、納米孔位置等,由此來調節它的電導率和對外部電荷的靈敏度。
  
  “在這一專業領域,當前主要的實驗研究是模型模擬。”這里面臨著許多難題和挑戰,讓-皮埃爾·萊伯頓教授介紹說,常用的密度泛函理論(DFT,一種物理學和化學中所用的量子力學模型方法,用于研究多物體系統的電子結構),僅限于固體系統中,而我們所處理的是一種固—液混合系統。此外,DFT還要對石墨烯納米帶假設一些過于簡單和理想化的條件,比如GNR寬度要一致,邊緣要規則,納米孔還要位于石墨烯帶的中心,沒有電解液的靜電穿透等。
  
  “在我們的方法中,我們使用一種多軌道緊綁(TB)技術,比DFT處理的原子數量要大得多,而且考慮了GNR寬度不一,邊緣不規則,以及納米孔大小和位置不同等問題。”萊伯頓解釋說。此外,他們用一種多尺度法處理了雙混系統。
  
  研究人員指出,其他領域也可能從這項研究中受益。比如開發新的小型生物電子設備,廣泛用于個體化醫療。萊伯頓說:“從更廣泛的意義上說,這是生物學與納米電子學在分子水平上的互動。納米電子設備帶給我們控制生物信息的可能,利用生物處理海量信息的能力,開辟信息處理技術的新天地。”

(來源:中國化工儀器網)

2013-11-08 08:28:59
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