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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