场效应纳电子器件中活性细胞的动态行为研究

快速、实时、高灵敏的对活性细胞的动态行为进行分析和研究在神经生物学、生物化学、临床、病理和药理学等多个学科领域中都具有非常重要的意义。本项目将在纳米材料（氧化锌、石墨稀）优化生长的基础上，构建一种场效应纳米生物传感器，对特定活性细胞（如PC-12细胞）的动态行为进行实时分析和研究。主要内容与关键技术包括： 场效应纳电子器件的构建及性能改善；纳米材料表面功能化修饰及细胞的吸附生长；活性细胞在不同刺激条件下动态过程的实时分析，建立检测信号与受激信号之间的对应关系，深入探讨活性细胞在不同刺激条件下的信号分子释放、分子间的交互作用、能量转移等机理；结合飞秒激光及时间分辨瞬态光谱等技术研究光敏剂在光激发条件下的光动力反应以及其对细胞的损伤作用机理。旨在深刻认识上述科学问题，为高性能纳电子生物传感器的研制、细胞动态行为的研究提供直接的理论依据与技术支持。

本项目面向纳电子生物传感器件的设计要求，对氧化锌、石墨烯纳米材料的生长优化，纳电子生物传感器件的构建，不同生物分子在纳米材料表面的吸附及相互作用机理，HCT-116结肠癌细胞的活性检测等一系列科学问题进行了系统的研究。研究过程中，在Nanosci. Nanotechnol. Lett.， Appl. Phys. Lett.等学术期刊发表SCI论文5篇，申请相关发明专利4项。主要的进展与取得的成果如下：.（1）制备了高质量的氧化锌微米棒阵列，利用ZnO/PATP界面处具有单向电荷转移特性，构建基于ZnO微米棒阵列/PATP体系的分子整流器件，并对其整流行为产生机理进行了深入研究。.（2）利用还原氧化石墨烯薄膜良好的导电性、生物相容性，构建基于还原氧化石墨烯的纳电子生物传感器，实现了对pH值、胰蛋白酶抑制剂、葡萄糖分子及HCT-116结肠癌细胞的活性检测。.（3）利用改进的Hummer法，优化制备了导电石墨烯纸、氧化石墨烯纤维、顺磁特性的微米碗等多功能石墨烯材料，可广泛应用于光电子器件及生物传感领域。.（4）在无催化剂和模板的情况下，利用简单的水热法制备了花状氧化锌纳米针阵列，实现了低阈值和高β值的场发射特性。利用溶胶-凝胶方法在柔性衬底上制备全透明场效应晶体管，为场效应生物传感器的研究提供了基础。