自旋化学传感器的研究与应用

This subject study will be dedicated in application of the spintronics for analysis of chemical sensor. Comparing with the electric charge in electrochemisty, spin-polarized electrons have special characteristics in the process of the transport, transfer and transformation, especially in the sensitivity and action to the environment, transfer rate and capacity of transformation. The magnetic effects can be issued in the process of transport of spin-polarized electron through the analyzed molecules, macromolecules and crystal, or spin selectivity in electron transmission through the analyzed samples is displayed under the magnetic field or varied magnetic field. The parameters on magnetic effects such as the giant magnetoresistance, the magnetoconductance ratio and current-voltage curve etc. can be measured which vary with the change of component of the sample for example combination of antiboy with antigen, DNA hybridization etc. The stracture characterization and component analysis can be realized through measuring the change of the parameters on magnetic effects. The investigation contents of this subject will involve preparation of electrodes and sensors, assembly of organic molecules, measurement of parameters on magnetic effects, injection and transportation of spin-polarized electron, relationship between component change of the analyzed oganic samdwich and magnatic effects, the general rule of spin selectivity and transportation of spin-polarized electron through the analyzed oganic samdwich.

本课题致力于将自旋电子学的研究应用于化学传感器的分析检测中。自旋电子与电化学中的电荷相比，在运输、传递和转化过程中，显示出独特的性质，在对环境的敏感度和作用、传递速度、转化能力等方面显得尤为突出。在一定的磁场或变化的磁场中，自旋电子在被分析的样品分子、高分子或晶体中移动会产生相应的磁效应，或样品分子中的电子显示出自旋的选择性，可以测量出相应的磁效应参数如磁电阻、电流电压曲线和磁电导率等等。当样品的成分或性质发生变化时如抗体与抗原结合、DNA的杂交等，会引起磁效应相关参数的改变。利用磁效应参数的变化可对被测物进行结构表征和组成分析。研究的内容主要包括电极的构建、有机分子的组装和传感器的制作；磁效应相关参数的测定；自旋电子的注入和运输；中间夹层（被测物）性质的变化与磁效应的关系；自旋电子在有机分子中运输和迁移的选择性和规律等等。

该项目围绕任务书的计划展开进行，提出基于材料的自旋性质，制备性能优越的传感器，用于实际样品测定的思路。截止目前为止，本项目取得的成果包括以下几点。（1）磁性及生物相容性纳米材料的制备。制备了多种具有磁性、良好的生物相容性、能用于生物分子组装、构建性能优越的传感器的材料，研究了材料的磁性性质及相关磁效应参数。（2）功能电极的制备。采用自组装法、电化学沉积等方法在电极基底上沉积磁性纳米材料（MOF/Fe3O4等）、金属导电膜以及有机基层膜（poly(3-hexylthiophene)）等，用扫描电子显微镜、X-射线衍射以及交流阻抗法等对电极进行了表征，研究了电子在功能电极上的传输性质等。测定了相应的磁效应及电化学性质。（3）基于功能电极的传感器的构建。研究了生物分子在功能电极上的组装及性质，基于抗原抗体的识别以及酶和底物的相互作用，构建了多种性能优越的传感器，特别研究了牛γ干扰基因、鸡γ干扰基因等。共发表与基金相关论文33篇，培养博士研究生5名，毕业两名，硕士研究生4名，毕业2名。