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    生物分子的電學(xué)檢測是生物檢測技術(shù)的一個重要組成部分。生物分子的導(dǎo)電性對如何通過電子學(xué)信號來反映生物分子的構(gòu)型與功能至關(guān)重要，而生物分子固有的結(jié)構(gòu)熱運動產(chǎn)生的噪聲會很大地降低檢測信號的信噪比，電極(或者基底)與生物分子之間的耦合不夠充分也是這類噪聲的主要來源。

    一種合適的導(dǎo)電固體材料會對生物分子具有特殊的吸附作用，一方面可以通過這種吸附作用降低生物分子結(jié)構(gòu)的熱運動，另一方面也能夠有效地增強襯底與生物分子的電耦合，從而提高檢測的信噪比。最近，中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所物理生物學(xué)實驗室的方海平課題組與樊春海課題組合作，通過理論計算發(fā)現(xiàn)，把單層石墨烯放在金(111)表面形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，可以穩(wěn)定吸附DNA分子，進而通過石英晶體微天平(QCM)技術(shù)在實驗上很好地驗證了該理論研究結(jié)果。這一復(fù)合納米結(jié)構(gòu)因具有的很好的導(dǎo)電性，有望在生物分子檢測和納米器件等領(lǐng)域有著廣闊應(yīng)用前景。相關(guān)研究結(jié)果作為內(nèi)封面文章發(fā)表于《化學(xué)物理化學(xué)》[ChemPhysChem 11, 585-589 (2010)]。

    此前，該實驗室通過理論與實驗已證明，石墨烯表面可以很好地吸附DNA上的苯環(huán)狀結(jié)構(gòu)[Advanced Functional Materials 19, 1-7 (2010)]。石墨烯-金復(fù)合體與DNA分子相互作用的研究結(jié)果揭示，這種復(fù)合體可以有效地吸附單鏈DNA(ssDNA)分子，破壞ssDNA的螺旋結(jié)構(gòu)，使它平鋪在石墨烯表面，其中的堿基與石墨烯表面直接接觸，從而顯著降低STM測量中DNA螺旋結(jié)構(gòu)帶來的噪聲。另一方面，石墨烯-金復(fù)合體中，金作為金屬可以保證測量中電流信號的強度比較高。所以，將石墨烯-金復(fù)合體為STM基底，采用STM技術(shù)對DNA進行掃描，能夠清晰的分辨出DNA中的四種不同類型的堿基。此研究成果在生物納米術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，例如生物器件、生物傳感器，以及高精度DNA測序等等。

    該項研究工作由上海應(yīng)用物理所和德國Karlsruhe大學(xué)的研究人員合作完成，得到了中國科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金委、國家科技部、國家衛(wèi)生部和上海市人民政府（通過上海超級計算中心）的共同資助。