石墨烯基生物分子传感器件的第一性原理研究.pdf

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1、物理化学学~(WuliHuaxueXuebao)250Acta.一Chim.Sin.2013,29(2),250-254February[Article]doi:10.3866/PKU.WHXB20121l141www.whxb.pku.edu.cn石墨烯基生物分子传感器件的第一性原理研究邹辉倪祥’彭盛霖’欧阳俊’陈羽’欧阳方平'(中南大学物理与电子学院,长沙410083;中南大学粉末冶金研究院,粉末冶金国家重点实验室,长沙410083)摘要:基于第一性原理模拟,我们构建了一种具有石墨烯电极的纳米间隙生物分子传感器件的理论模型.研究发现,当碱基分子胞嘧啶、甲基化胞嘧啶和羟甲基化胞嘧啶分别

2、通过器件时,器件横向电流的大小差异约有1个数量级,器件对此类分子具有一定的分辨能力.分子之间的区分度大小受单链脱氧核糖核酸(DNA)中相邻碱基分子问的相互作用及碱基分子构型的影响.研究工作表明,此类石墨烯基分子传感器可准确高效地区分具有不同结构的碱基分子,为准确定位DNA链中的变异碱基分子提出了一种新的思路.关键词:第一性原理:石墨烯:甲基化胞嘧啶:羟甲基化胞嘧啶:横向电导中图分类号:O641First-PrinciplesStudyofGraphene—BasedBiomolecularSensorZOUHui’NIXiang’PENGSheng—Lin’OUYANGJun’CHENY

3、u’OUYANGFang—Ping’'l(Schoolof脚icsandElectronics,CentralSouthUniversity,Changsha410083,尸R.China;StateKeyLaboratoryofPowderMetallurgy,PowderMetallurgyResearchInstitute,CentralSouthUniversity,Changsha410083,R.China)Abstract:First.principlescalculationswereappliedtOdesignandstudytheelectrontranspo~be

4、haviorofabiomolecularsensorwithgraphene.basedelectrodes,ItiSshownthatlhedesignedbiosensoriScapableofdistinguishingdiferentnucleotidemoleculessuchascytosine,methylcytosine,andhydroxymethylcytosine.Thecurrentwasseentochangebynearlyoneorderofmagnitude,whilemoleculespassedthroughthedeviceindividually

5、.Theresolutioncapacityofthepresentdevicewasprimarilydeterminedbytheinteractionsandspecificconfigurationsoftwoadjacentsingle-strandeddesoxyribonucIeicacid(DNA)moleculesandtheirspecificconfigurations.ThisgraphenebasedbiosensorwasprovedtobeefectiveandeficientindetectinganddistinguishingdiferentDNAmo

6、lecules,whichprovidesanewpotentialmethodtopinpointexactlyvarietalbasemoleculesinDNAchainsforthegeneticinformation.KeyWords:First-principles;Graphene;Methylcytosine;HydroxymethylcytosineTransversecOnductance1引言对遗传学、分子生物学、生物化学等领域探索的进石墨烯新型材料的深入研究促进了生命科学展,以及人类基因组计划的顺利推进,对DNA的遗特别是遗传因子检测技术的不断向前发展.。随着传信

7、息的详细描述也显得更加重要,除了A、T、G、cReceived:September8.2012:Revised:November132012;PublishedonWeb:November14,2012.Correspondingauthor.Email:oyrp04@mailstsinghua.edu.cn;Tel:+86l3973119546.TheprojectwassupportedbytheNationalNaturalS

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