针尖石墨烯纳米场效应晶体管生物传感器的研究

The overall goal of this project is to develop novel and high-performance biosensors based on needle graphene nano-field-effect transistors (FETs). It maybe provide unprecedented opportunities to realize the highly sensitive and selective biosensing and explore the dynamic processes of living cells.Our specific aims as the following:. 1).To synthesize high quality graphene and graphene nanoribbons and fabricate high performance needle graphene nano-FETs. . 2) To explore the electrical detection properties to DNA, glucose, secretion, and cancer-marker using the functionalized needle graphene nano-FETs. To fabricate graphene based biosensors with high sensitivity,selectivity, and fast response for submicroliter volume samples.. 3).To electrically detect proteins, glucose, changes of pH and intracellular signals, ions, dynamic fluctuations, and so on, using the functionalized needle nano-FETs inserted into the living cell directly. . 4) To deliver drugs directly into living tumor cells with the hollow nanopipettes and develop new approach for the intracellular drug target delivery.

本项目拟在制备高质量石墨烯和石墨烯纳米带的基础上，以玻璃（或石英）毛细管针尖为基底，构建结构独特、高性能的针尖石墨烯纳米场效应晶体管，经表面修饰和功能化改性后：1）研究其对DNA、葡萄糖、细胞分泌物、癌症标记物等微量样品的选择性电子识别性能，开发基于针尖结构的高灵敏、高选择性的纳米电子生物传感器；2）将针尖石墨烯纳米场效应晶体管直接刺入活性细胞内，研究其对活性细胞内蛋白质、葡萄糖、PH值变化、信号因子变化、离子传递及动态波动等的实时检测性能；3）利用针尖石墨烯纳米场效应晶体管的中空针尖管道直接对病灶细胞进行药物输送，研究药物在细胞内的传递过程，探索细胞内药物的靶向输送。

肿瘤早期检测与治疗对提高肿瘤治疗效率具有重要作用，石墨烯基纳米电子生物传感器由于其电性能对外来电场干扰非常灵敏，使其在生物传感领域得到广泛关注。在项目资助下围绕肿瘤标志物的早期检测与新型治疗方法的开发进行了系列研究，取得的研究成果包括：（a）探究了石墨烯及石墨烯纳米带的合成方法，获得了高质量的石墨烯二维材料，利用其构建了高性能的石墨烯场效应晶体管；（b）研究了各种因素对石墨烯场效应晶体管性能的影响规律，探索了其在生物传感领域的应用性能，特别是在肿瘤标记物、葡萄糖无酶检测等领域的传感性能，得到了高性能的石墨烯基纳米电子生物传感器；特别是探索性的将功能化的石墨烯场效应晶体管与微流控结合，得到了可以实现生物分子检测自动化的纳米电子生物传感器；（c）在生物分子特别是肿瘤标记物检测的基础上，根据肿瘤特点，设计合成了一系列有机半导体近红外光敏剂，拓展研究了其在肿瘤光动力、光热及光动力/光热双模式治疗领域的应用性能，阐明了肿瘤的光治疗机理，为肿瘤的光治疗临床应用奠定了理论基础。在研究过程中，共发表SCI收录论文30多篇，申请和授权发明专利7项，培养硕士博士研究生6名。