【摘要】：納米孔DNA檢測技術(shù)作為第三代基因測序技術(shù)的引領者,具有免標記、免擴增、大通量等優(yōu)點,是最有希望實現(xiàn)低成本快速測序的方法。納米孔DNA檢測技術(shù)中應用的納米孔材料包括固態(tài)納米孔和生物納米孔,隨著半導體加工技術(shù)越來越成熟,固態(tài)納米孔正逐漸在納米孔DNA檢測技術(shù)中嶄露頭角。當二維材料被發(fā)現(xiàn)并成功實現(xiàn)實驗室制備之后,如何將二維材料的優(yōu)秀性能與納米孔DNA檢測有機結(jié)合起來已經(jīng)成為該領域中的研究熱點。本文采用實驗的辦法,選取二維材料中的石墨烯和MoS2(二硫化鉬)作為納米孔材料,制備了納米孔器件,并進行了DNA檢測研究。針對石墨烯材料,本文分析對比了氧化還原、碳化硅熱解外延、機械剝離以及化學氣相沉積等制備方法,最后選擇以化學氣相沉積法來制備用于納米孔DNA檢測的石墨烯,在以銅箔為襯底、甲烷為碳源的實驗條件下成功制得了高質(zhì)量大面積的單層石墨烯并成功轉(zhuǎn)移至用于DNA檢測的Si3N4/Si基底上�；谵D(zhuǎn)移好的石墨烯,本文利用聚焦離子束系統(tǒng)制備出了納米孔器件進行了DNA檢測實驗。實驗結(jié)果表明：采用等離子處理石墨烯納米孔能夠顯著改善納米孔的親水性、增大納米孔的有效直徑和減少DNA檢測實驗的噪音；利用石墨烯納米孔能夠?qū)崿F(xiàn)單鏈DNA的檢測以及單鏈DNA與雙鏈DNA的區(qū)分。針對MoS2材料,本文就目前只能通過機械剝離方法來制備高質(zhì)量MoS2二維材料的情況,開發(fā)了一種能應用于絕大多數(shù)機械剝離二維材料的高精度可控轉(zhuǎn)移方法,在不對二維材料本身以及目標基底造成破壞的情況下,成功實現(xiàn)了機械剝離MoS2向S13N4/Si基底的轉(zhuǎn)移以及石墨烯/MoS2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備,證明了該方法的可行性和適應性。在成功完成轉(zhuǎn)移實驗的基礎上,本文研究了基于MoS2的場效應晶體管與納米孔DNA檢測器件結(jié)合的可行性,設計了一套實現(xiàn)該種復合器件加工的工藝方案,并通過實驗設計,完成了該類型器件在進行DNA過孔實驗時阻塞電流信號的檢測,實驗結(jié)果表明該類型器件具有高信噪比和高穩(wěn)定性的特點。
[Abstract]:As the leader of the third generation gene sequencing technology, nano-pore DNA detection technology has the advantages of no marker, no amplification, large throughput and so on. It is the most promising method to realize low cost and fast sequencing. Nano-pore materials used in nano-pore DNA detection technology include solid-state nano-pore and biological nano-pore. With the development of semiconductor processing technology, solid-state nano-pore is gradually emerging in nano-pore DNA detection technology. After the two-dimensional materials were discovered and successfully prepared in the laboratory, how to combine the excellent properties of two-dimensional materials with nano-pore DNA detection has become a research hotspot in this field. In this paper, graphene and MoS2 (molybdenum disulfide) in two-dimensional materials are selected as nano-porous materials to prepare nano-porous devices, and DNA detection is carried out. For graphene materials, the preparation methods of redox, pyrolysis and epitaxy of silicon carbide, mechanical stripping and chemical vapor deposition were compared. Finally, graphene was prepared by chemical vapor deposition method for DNA detection of nano-pore. Under the experimental conditions of copper foil and methane as carbon source, a high quality and large area graphene monolayer was successfully prepared and transferred to the Si3N4/Si substrate for DNA detection. Based on the transferred graphene, the nano-porous devices were fabricated by focused ion beam system for DNA detection. The experimental results show that plasma treatment of graphene nanoparticles can significantly improve the hydrophilicity of nano-pores, increase the effective diameter of nano-pores and reduce the noise of DNA test. The detection of single-stranded DNA and the distinction between single-stranded DNA and double-stranded DNA can be realized by using graphene nano-pore. Aiming at MoS2 materials, a high precision and controllable transfer method which can be applied to most mechanical stripping two-dimensional materials is developed in this paper, which can only be prepared by mechanical stripping method. The transfer of mechanical stripping of MoS2 to S13N4/Si substrate and the preparation of graphene / MoS2 heterostructure have been successfully realized without destroying the two-dimensional material and the target substrate. The feasibility and adaptability of this method have been proved. On the basis of successful transfer experiment, the feasibility of combining field effect transistor based on MoS2 with nano-hole DNA detection device is studied in this paper. A set of process scheme is designed to realize the fabrication of this kind of composite device, and the experimental design is carried out. The blocking current signal of this type of device is detected during the DNA perforation experiment. The experimental results show that the type of device has the characteristics of high signal-to-noise ratio (SNR) and high stability.
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：Q78;TB383.1

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本文編號：2302581