基于石墨烯的 DNA 生物传感器如何工作？

生物传感器是一种先进的分析元件，旨在通过电子或物理化学相互作用检测生物分析物。近年来，在将生物活性界面与适当的传感器元件耦合方面的创新，尤其是单层材料产品的创新，使临床和工业用户可使用的高灵敏度生物传感器的范围急剧扩大。其中包括一类能够检测脱氧核糖核酸（DNA）的新型生物传感器。

什么是 DNA 生物传感器？

DNA 生物传感器，也称为基因生物传感器或基因传感器，是由一种独特的传感元件组成的极其复杂的装置。在 DNA 生物传感器中，受体由片段 DNA 识别层组成，该识别层通过化学作用与目标 DNA 相互连接。这种独特的化学作用产生的信号通过精密的传感器和检测器转换成电值，从而实现对 DNA 的精确和超快检测。

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这种新颖的 DNA 检测方法是通过一系列复杂的机制将 DNA 链结合在一起，这些机制包括

• 吸附
• 交联
• 络合
• 共价键合

纳米工程的创新为利用这些特性将 DNA 固定在界面/探针表面开辟了新途径。这是 DNA 生物传感器基于杂交（DNA 链的互补配对）的根本基础。石墨烯已成为生物活性传感应用的合适材料，包括在杂交型 DNA 生物传感器中用作固定核酸的基底。 这为基因编辑领域带来了巨大潜力。

在 DNA 生物传感器中使用石墨烯

自组装石墨烯纳米层和功能化碳纳米管（CNTs）是下一代 DNA 生物传感器研发的前沿。碳基单层和少层材料独特的分子结构和生物亲和性使其成为 DNA 识别层的理想基底。

石墨烯具有理论上无与伦比的导电性，还可用于主动传感元件和场效应晶体管；根据探针界面上独特的原位化学反应实时调节电流。其基本作用机制通常是目标放大。这种电化学 DNA 检测方法已经在临床中发挥了重要作用。

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新型 DNA 传感器的开发人员正越来越多地以前所未有的方式利用石墨烯。在一项研究中，科学家们将功能化基底与簇状规则间隔短回文重复序列（CRISPR）技术相结合，设计出了一种具有卓越重复性和精确性的生物传感器，有效消除了目标扩增的需要，从而减少了扩增偏差等错误。像这样的 DNA 生物传感技术在未来几年将对临床、诊断、环境和法医应用产生巨大影响。

用于 DNA 生物传感器的石墨烯材料

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