石墨烯基生物分子傳感器件的第一性原理設(shè)計(jì).pdf

1、石墨烯是由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)新材料，具有特殊電子結(jié)構(gòu)和優(yōu)異導(dǎo)電性能，有望能夠?qū)崿F(xiàn)直接的、快速的、低成本的基因電子檢測技術(shù)。DNA遺傳因子中的堿基分子在遺傳病理學(xué)中起著舉足輕重的作用，準(zhǔn)確定位堿基分子對人類健康具有重要意義。
　　本文采用密度泛函理論，非平衡態(tài)格林函數(shù)，理論上構(gòu)建一種石墨烯基DNA生物分子檢測器件，探索快速區(qū)分DNA分子胞嘧啶及其變異結(jié)構(gòu)的方法。計(jì)算模擬三種堿基分子（胞嘧啶、甲基胞嘧啶、羥甲基胞嘧啶）通過納米間

2、隙時(shí)對器件橫向電流產(chǎn)生的影響，實(shí)現(xiàn)三種堿基分子的精確定位。研究表明:由于三種堿基分子的結(jié)構(gòu)差異，堿基與器件之間存在不同強(qiáng)度的耦合作用，導(dǎo)致器件橫向電流出現(xiàn)明顯變化，變化幅度約有一個(gè)數(shù)量級，且在不同偏壓下，器件具有不同的區(qū)分能力;單堿基通過納米間隙時(shí)，堿基與器件之間存在不同取向，堿基取向影響它們之間的耦合強(qiáng)弱;此外，相鄰堿基分子之間也會(huì)相互影響，當(dāng)堿基鏈通過納米間隙時(shí)，器件的電流也會(huì)發(fā)生改變。因此，根據(jù)不同的電流大小對應(yīng)不同堿基類別，器件

3、對這三種堿基具有區(qū)分能力，為準(zhǔn)確定位DNA鏈中的變異堿基分子提供了一種新的思路。
　　此外，構(gòu)建硼氮修飾石墨烯基納米孔洞檢測器件，探索快速區(qū)分四中堿基A、T、C、G的方法。計(jì)算模擬四種堿基分別通過硼氮修飾石墨烯基納米孔洞時(shí)，分子對器件電流的影響。研究表明:四中堿基分子對孔洞器件的輸運(yùn)能力會(huì)產(chǎn)生不同影響。石墨烯的電子傳輸通道在帶邊緣，中心分子對石墨烯納米帶孔洞檢測器件電流影響較小;邊緣碳被硼氮取代的納米帶孔洞檢測器件，邊緣最外層為硼