石墨烯量子晶體管可用作DNA感測器
2014-04-11 20:28:47 本站原創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。”
