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1、物理化學(xué)學(xué)~(WuliHuaxueXuebao)250Acta．一Chim．Sin．2013，29(2)，250-254February[Article]doi：10．3866／PKU．WHXB20121l141www．whxb．pku．edu．cn石墨烯基生物分子傳感器件的第一性原理研究鄒輝倪祥’彭盛霖’歐陽(yáng)俊’陳羽’歐陽(yáng)方平'(中南大學(xué)物理與電子學(xué)院，長(zhǎng)沙410083；中南大學(xué)粉末冶金研究院，粉末冶金國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙410083)摘要：基于第一性原理模擬，我們構(gòu)建了一種具有石墨烯電極的納米間隙生物分子傳感器件的理論模型．研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)堿基分子胞嘧啶、甲基化胞嘧啶和羥甲基化胞嘧啶分別
2、通過(guò)器件時(shí)，器件橫向電流的大小差異約有1個(gè)數(shù)量級(jí)，器件對(duì)此類(lèi)分子具有一定的分辨能力．分子之間的區(qū)分度大小受單鏈脫氧核糖核酸(DNA)中相鄰堿基分子問(wèn)的相互作用及堿基分子構(gòu)型的影響．研究工作表明，此類(lèi)石墨烯基分子傳感器可準(zhǔn)確高效地區(qū)分具有不同結(jié)構(gòu)的堿基分子，為準(zhǔn)確定位DNA鏈中的變異堿基分子提出了一種新的思路．關(guān)鍵詞：第一性原理：石墨烯：甲基化胞嘧啶：羥甲基化胞嘧啶：橫向電導(dǎo)中圖分類(lèi)號(hào)：O641First-PrinciplesStudyofGraphene—BasedBiomolecularSensorZOUHui’NIXiang’PENGSheng—Lin’OUYANGJun’CHENY
3、u’OUYANGFang—Ping’'l(Schoolof腳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引言對(duì)遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)等領(lǐng)域探索的進(jìn)石墨烯新型材料的深入研究促進(jìn)了生命科學(xué)展，以及人類(lèi)基因組計(jì)劃的順利推進(jìn)，對(duì)DNA的遺特別是遺傳因子檢測(cè)技術(shù)的不斷向前發(fā)展．。隨著傳信
7、息的詳細(xì)描述也顯得更加重要，除了A、T、G、cReceived：September8．2012：Revised：November132012；PublishedonWeb：November14，2012．Correspondingauthor．Email：oyrp04@mailstsinghua．edu．cn；Tel：+86l3973119546．TheprojectwassupportedbytheNationalNaturalS
