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即时检验(Point-of-Care Testing,POCT),是指在病人的医疗现场进行的临床检测及床旁检测。在采样现场进行即时分析,可以省去标本在临床实验室检验时的复杂处理程序,从而快速得到检验结果。近年来,临床实验室的检验设备快速发展,自动化程度越来越高。但是目前依旧有着前处理步骤过多,耗时较长,试剂昂贵,样本需求量大的缺点。因此,亟需构建一种简单快捷、价格低廉并且适用于床旁检验的平台。有着检测迅速、灵敏度高、操作简单以及成本低廉等特点的生物传感器应运而生,如今已经越来越多地被运用到疾病的诊断及生命科学研究等相关领域当中。 基于纳米材料的纳米场效应晶体管生物传感器,由于其在检测生物分子时具有免标记、操作简单、灵敏度和特异性高、分析速度快等优点,在疾病诊断特别是 POCT开发中发挥巨大潜力。新型二维纳米材料二硫化钼(MoS2))除了具备石墨烯的优点外,它较大直接带隙的特点能够极大地提高生物传感器的检测灵敏度。所以,构建基于二硫化钼的场效应晶体管生物传感器具有很大的前景。 本文旨在构建一种超高灵敏度的二硫化钼场效应晶体管生物传感器并成功地运用其实现了对 DNA的高灵敏度高特异性检测,在此基础上探究了该传感器在外泌体检测方面的可行性。采用液相剥离法制备了二硫化钼,并采用滴涂法构建二硫化钼场效应晶体管生物传感器,该方法不仅极大地降低了成本,同时使器件依旧保持良好的特性。具体研究内容如下: 第一章:高性能二硫化钼场效应晶体管生物传感器的构建 本文采用标准的微加工工艺制备场效应晶体管器件,并使用3-氨丙基三乙氧基硅烷((3-aminopropyl)triethoxysilane,APTES),对芯片进行浸泡预处理,使芯片表面带上正电。随后将使用液相剥离法制备好的表面带负电的二硫化钼分散液通过滴落涂布法结合到芯片表面。运用该方法构建二硫化钼场效应晶体管操作简便快捷,成本低廉。并且通过形貌和电学表征证明了该器件有着良好的稳定性,可以运用到后续的检测工作当中。 第二章:基于二硫化钼场效应晶体管生物传感器对DNA进行超灵敏的检测 本文通过1-芘丁酸-琥珀酰亚胺酯(1-pyrenebutanoic acid succinimidyl ester, PASE)作为连接剂将电中性的探针—吗啉基反义寡核苷酸(phosphorodiamidaten mrpholino oligomers,PMO)固定在二硫化钼表面。通过检测PMO-DNA杂交前后转移特征曲线偏移的情况从而实现了对DNA的检测。实验结果显示,该方法制备的场效应晶体管传感器对DNA的最低检测限低至6 fM,比之前报道的检测DNA的生物传感器灵敏度更高。另一方面,该二硫化钼场效应晶体管生物传感器还能够较好的区分互补 DNA、完全不互补 DNA、单碱基错配 DNA和三碱基错配DNA,从而体现了较高的特异性。同时,还采用了尿素去杂交的方法,考察了该生物传感器的可重复性,研究结果表明该器件可以重复利用。综上所述,通过本方法构建的二硫化钼场效应晶体管生物传感器实现了DNA的高灵敏度高特异性检测,为POCT提供了一种新方法。 第三章:基于二硫化钼场效应晶体管生物传感器对外泌体进行检测的方法初探 在前面工作的基础上,本文还设计了一种间接法检测新型肿瘤标志物—外泌体的方法。本方法使用脲酶作为指示酶,由于尿素在脲酶的催化下分解会引起溶液pH的变化,从而可实现对外泌体的间接检测。实验结果显示该传感器对于溶液pH的变化敏感,在较短时间内就有明显响应。说明本方法得建立对于检测外泌体具有一定的可行性。