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文檔簡介
1、一氧化氮既是信使分子又是神經(jīng)遞質(zhì),可以接收和傳達信息以調(diào)節(jié)細胞活性,并且指示機體執(zhí)行某些重要功能,例如神經(jīng)傳遞、血管舒張、免疫應(yīng)答和血管生成等。研究發(fā)現(xiàn)一氧化氮不但在動物的免疫調(diào)節(jié)、神經(jīng)元通訊、平滑肌松弛等活動中充當信號分子,而且參與植物的生長發(fā)育、脅迫反應(yīng)、呼吸代謝以及衰老成熟等生理過程。然而,一氧化氮作為活性氣體在體內(nèi)以納摩爾濃度存在,具有相對短的半衰期(<10s),且極易被氧化物或超氧化物離子氧化,使得難以精確地量化生物系統(tǒng)中的一
2、氧化氮水平,因此,高效、準確、定量獲取細胞及體內(nèi)一氧化氮信號分子信息則是深入探索其作用機制的基礎(chǔ)。
到目前為止,許多用于一氧化氮檢測的技術(shù)被應(yīng)用,例如生物測定,電子磁共振光譜,魯米諾/過氧化氫化學(xué)發(fā)光,激光誘導(dǎo)熒光,分光光度測定等。然而,這些方法還存在成本高、預(yù)處理復(fù)雜和靈敏度低等缺點。電化學(xué)生物傳感器作為一種有效的檢測工具,可以高靈敏度、實時監(jiān)測一氧化氮的釋放,已被廣泛用于生物系統(tǒng)中一氧化氮的檢測。然而,為實現(xiàn)一氧化氮檢測的
3、目的,電化學(xué)一氧化氮傳感器通常需要在相對高的氧化電位(>0.6V)下操作,這會干擾固有的細胞反應(yīng)或誘導(dǎo)來自其它電化學(xué)活性分子顯著的信號干擾。與安培計電極相比,場效應(yīng)晶體管納米生物傳感器由于其高信噪比可實施高靈敏、實時的監(jiān)測,同時,它在相對較低的檢測電位(Vds=0.1V)條件下工作,這對細胞幾乎沒有影響。因此,使用場效應(yīng)晶體管生物傳感器實時檢測一氧化氮具有非常重要的意義。
近年來,基于場效應(yīng)晶體管生物傳感器用于實時監(jiān)測一氧化氮
4、的工作已經(jīng)被報道。中國科學(xué)院蘇州納米所劉立偉課題組報道了基于石墨烯的場效應(yīng)晶體管生物傳感器檢測一氧化氮氣體;以色列魏茨曼科學(xué)研究院Shvarts課題組報道了一種砷化鎵場效應(yīng)晶體管生物傳感器用于檢測生理溶液中一氧化氮。然而,這些傳感器的靈敏度仍然局限于微摩爾或亞微摩爾水平,且它們均未用于細胞水平的檢測。最近,美國南加州大學(xué)段鑲鋒課題組報道了基于血紅素功能化石墨烯場效應(yīng)晶體管的一氧化氮傳感器直接檢測活細胞中釋放的一氧化氮。然而,該方法未能實
5、現(xiàn)單細胞水平一氧化氮的釋放。細胞是生物體的基本單位,在單細胞水平的檢測將增強對多種細胞過程如細胞內(nèi)和細胞間通訊,細胞分化,外部刺激的生理效應(yīng)和疾病狀態(tài)等的認識。此外,對于診斷基于細胞的疾病,也需要開發(fā)高靈敏度的方法用于單細胞水平的檢測,以獲得最好的診斷能力。因此,為了實現(xiàn)單細胞水平一氧化氮釋放的實時監(jiān)測,研究高靈敏度的新型場效應(yīng)晶體管生物傳感器非常必要。
針對以上現(xiàn)狀和挑戰(zhàn),本論文立足于發(fā)展高性能場效應(yīng)晶體管生物傳感器以解決在
6、單細胞水平實時監(jiān)測細胞釋放的一氧化氮。在本工作中,我們發(fā)展了一種基于還原氧化石墨烯和鐵卟啉功能化石墨烯的場效應(yīng)晶體管生物傳感器,用于在單細胞水平超靈敏和高效率實時監(jiān)測一氧化氮。將還原氧化石墨烯和金屬鐵卟啉通過π-π堆疊作用層層組裝在事先制備好的石墨烯場效應(yīng)晶體管生物傳感器溝道表面構(gòu)建卟啉功能化的石墨烯場效應(yīng)晶體管生物傳感器,由于石墨烯良好的導(dǎo)電性和卟啉分子對一氧化氮特異的催化性能,該傳感器能實現(xiàn)對一氧化氮超靈敏和高特異性的檢測。實驗證明
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