摘要:新一代生物传感器旨在探寻一种无需媒介，而是通过检测物和电极之间直接相互作用进行信号转换的方式。本文采用SCC-DFTB与DFT结合的方法，对ZnO量子点与尿酸分子的界面特性进行了理论研究，结果显示ZnO量子点上的锌原子与尿酸分子中的氧原子之间有较强的相互作用，最优化结构的结合能达到了1.59eV；通过Bader电荷分析，发现ZnO量子点与尿酸分子界面间的转移电荷量为0.344e。基于理论计算结果，我们以能量捕获或电信号为切入点，对设计ZnO量子点直接检测尿酸分子的传感器进行初步探讨。
关键词：ZnO，量子点，尿酸，界面特性
Abstract:The third generation bio-sensor, based on the test of direct interaction between itself and the electrodes to complete the signal conversion, is a big hit currently. Using the way combining SCC - DFTB and DFT, we investigated the interfacial properties of ZnO quantum dot anchoring uric acid molecule. It reveals there is a strong interaction between zinc atoms of ZnO quantum dot and oxygen atoms of the uric acid molecule. In the most optimized combined structure, the binding energy is 1.59 eV. By the analysis of Bader charge, we found that about 0.344e charges transferred between ZnO quantum dots and uric acid molecular. According to the theoretical calculation, we had performed some preliminary discussions on how to design the sensor using ZnO quantum dots to detect uric acid molecular directly.
Keywords: ZnO, Quantum dot, Uric acid, Interfacial properities
目录
第一章绪论 1
1.1ZnO纳米材料的特性及应用 1
1.2尿酸特性介绍 2
第二章DFTB软件计算的原理 3
2.1紧束缚-密度泛函理论 3
2.2DFTB软件的使用及计算参数说明 7
第三章ZnO与尿酸分子界面特性研究 7
3.1建立ZnO与尿酸分子模型-9
3.2编写DFTB程序运行代码 10
3.3提交程序计算-15
3.4数据处理 15
3.5结果与讨论-17
总结与展望-18
致谢19
参考文献 20
第一章绪论
1.1ZnO纳米材料的特性及应用
1.1.1ZnO纳米材料有什么特性？
纳米材料与生物材料的复合体系具备很多新奇的特性，在纳米电子学、信息技术、生物医学工程和界面科学等多个重要领域应用广泛[1-3]。氧化锌是宽禁带半导体，具有易制备、纳米结构形貌丰富、优异的光学性质、良好的电子传导能力等特点。纳米结构的氧化锌因为尺寸小，比表面积大，从而具备宏微观双重优势，在化学反应中活性高，同时还能抗菌抑菌、祛味防酶。基于这些复合材料体系制备的纳米生物传感器，由于综合光、声、电、色等多种先进检测技术，对环境检测、疾病诊断、生物反恐、遗传分析等领域产生性影响，这类材料在世界范围内备受关注[1-6]。
1.1.2ZnO纳米材料的应用
氧化锌在很多方面已经展开应用，生物领域中包括口腔医学、生物传感、合成药物、表面喷涂，特别是用于受伤处抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌细菌的生长、或作为治疗中枢神经系统疾病的试验药物[7-11]等。氧化锌纳米结构目前在检测尿酸分子水平方面已经开始发挥作用，现有的报道中，人们已经采用
ZnO纳米棒、微米线、薄膜、四针状纳米材料等[12-14]，通过组装尿酸酶来作为尿酸的检测器，检测结果较好且稳定。如果使用ZnO纳米材料直接和尿酸反应来检测尿酸水平，或许能较高地提高效率并降低成本，但是上述几种ZnO纳米结构与尿酸相互作用转换信号很微弱，无法达到检测所需的反应强度。由于ZnO量子点相对而言具有更大的比表面和量子效应，可以反应更加充分，本文针对采用ZnO量子点与尿酸分子直接相互作用来制备尿酸传感器的可行性进行计算研究。 ZnO与尿酸分子界面特性理论研究:http://www.chuibin.com/wuli/lunwen_205290.html