[发明专利]一种利用基于石墨烯电极的分子器件检测重金属的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用基于石墨烯电极的分子器件检测重金属的方法。

背景技术

重金属不仅可以长期存在，还可以通过食物链累积的方式贮存到生物体内，产生的毒害不易察觉，而且当前重金属污染日趋严重，在医药、食品、环境等方面已经引起人们高度的重视。目前对重金属检测方法的研究越来越多，主要包括免疫分析法、原子分光光度法、溶出伏安法、色谱法、试纸法、酶分析法、生物化学传感器法等，现有的一些方法缺乏更高的灵敏度，受环境因素影响变化较大，建立一种高灵敏地检测方法的体系是目前迫切需要的。(1：Malitesta C，Guascito M R.Biosensor Bioelectron，2005，20(8)：1643-16472.2：Johnson D K，Combs S M，Parsen J D，et al.Environ Sci Technol，2002，36：1042-1047.3：Darwishi A，Blake D A.Analytical Chemistry，2001，73：1889-1895.4：Dhar R K，Zheng Y，Rubenstone J，et al.Anal Chim Acta，2004，526：203-209.5：Dong Y，Dayou F，Rong W，et al.Spectmehim Acta，2008，71：276-279.)

石墨烯是一种新兴的二维平面材料，有很多优良的性质，如它有较高的强度、较高的电子迁移率以及热导率(Geim，A.K.；Novoselov，K.S.Nature.Mater.2007，6，183.)。石墨烯由于其良好的导电性和化学稳定性可以作为一种理想的电极材料，我们已经建立在石墨烯的纳米间隙之间通过牢固的酰胺键连接一个或者几个分子构建单分子器件的方法。该石墨烯分子器件不仅可以有效地连接DNA分子，而且可以承受外界条件刺激。(1：Guo，X.et al.Science，2006，311，356.2：Guo，X.et al.Nano Lett.，2007，7，1119.3：Guo，X.，Gorodetsky，A.A.，Hone，J.，Barton，J.K.，Nuckolls，C.Nat.Nanotechnol.2008，3，163.)DNA酶(DNAzyme)是一种具有催化功能的DNA分子，该DNA分子是利用体外分子进化技术获得的(Santoro S W，Joyce G F.Proc.Natl.Acad.Sci.，1997，94，9：4262-4266)，目前广泛用于重金属的检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种单分子水平上高灵敏度地检测重金属的方法及其专用的基于石墨烯电极的DNAzyme单分子连接器件。

本发明所提供的基于石墨烯电极的DNAzyme单分子连接器件，包括：

a)石墨烯晶体管器件阵列，所述石墨烯晶体管器件阵列中每个石墨烯晶体管器件均包括栅极、源极、漏极和导电沟道，所述导电沟道为石墨烯；其中，在所述石墨烯上设有一个通道，所述通道上间隔设有长度为1-10nm的DNAzyme序列连接部位(纳米间隙)，所述DNAzyme序列连接部位与所述石墨烯晶体管器件中的源极和漏极垂直；

b)能被待测重金属离子特异性切割的且末端(3′端和5′端)经氨基修饰的DNAzyme序列，或能被待测重金属离子特异性切割的且末端(3′端和5′端)连接氨基修饰的有机分子的DNAzyme序列；其连接于所述DNAzyme序列连接部位。

其中，所述栅极为含有厚度为100-1000nm(如300nm)二氧化硅层的硅基底，其电阻率为5-20ohm·cm^-1；所述源极和漏极均由Cr电极层和设于所述Cr电极层上的Au电极层组成，所述Cr电极层厚度为1-100nm(如80nm)，所述Au电极层厚度为20-1000nm(如600nm)；所述源极和漏极之间的间距为4-7μm。

制备上述基于石墨烯电极的DNAzyme单分子连接器件的方法，包括下述步骤：

1)构建石墨烯晶体管器件阵列；

2)在所述石墨烯晶体管器件阵列的每个石墨烯晶体管器件的石墨烯上采用电子束曝光法(即旋涂正性电子束光刻胶，用电子束对所述电子束光刻胶进行曝光)，得到虚线形状的曝光图案(见图5)，然后进行氧等离子体刻蚀，使所述石墨烯晶体管器件的源极和漏极之间得到一个通道，并在所述通道上间隔得到长度为1-10nm的纳米间隙，所述纳米间隙与所述石墨烯晶体管器件中的源极和漏极垂直；