一、研究背景和意义
基因是携带遗传信息的DNA片段，是遗传物质的基础，具有储存和传递遗传信息的功能，人类的很多疾病与基因有着密切的联系，因此基因检测对一些疾病的诊断和预防具有重要意义。DNA的检测方法主要有电化学方法和光化学方法，其中光化学方法的灵敏度高，且不会破坏DNA的结构和性质，是目前应用较为广泛的DNA检测技术。DNA光学检测法又分为荧光法、比色法、化学发光法、拉曼光谱法、表面等离子共振法、光纤传感法等，而在众多光学分析法中，荧光分析法由于其检测灵敏度高、操作简单而被广泛应用。
随着医学发展和科学研究的不断深入，人们迫切需要一些低成本、高灵敏度、高选择性、无毒的荧光生物传感器。其中，一个非常重要的研究方向是探究在荧光生物传感器中纳米材料的使用。本文根据石墨烯、二硫化钼等材料在DNA检测方面的应用启示，建立一种基于二硫化锡的DNA超灵敏检测方法。根据单双链DNA在材料表面的吸附强度不同，以二维材料二硫化锡作为荧光猝灭剂，达到提高DNA检测的灵敏度和实现快速检测的目的。
二、文献综述
二维材料是原子薄片，由一到数个（通常为十个或更少）离散的原子薄层组成，这些层与层之间的相互作用很弱，通常是通过范德华力产生。二维材料因具有纳米尺寸的厚度而具有非凡的物理、化学、电子和光学特性，在能源存储与转化、电子器件、催化反应、传感器、生物医药等领域均有重要的潜在应用价值。目前的研究发现，元素周期表中有些III-V族元素如硼、碳、硅、锗、锡、铅、磷、砷、锑、铋可形成具有层状结构的块状固体，利用这些元素制备出的二维材料有石墨烯、硅烯、锗烯、磷烯、硼烯、过渡金属二硫族化合物、过渡金属碳氮化物等。
自从石墨中分离出单原子层材料石墨烯以来，以层状石墨烯为代表的二维材料因其独特的性能引起了人们广泛的关注[1，2]。石墨烯是由碳原子构成的单原子层厚度的材料，具有载流子迁移率高、机械强度高、比表面积大、热导率高等特性[3,4]，被广泛应用于电子器件、传感器[5-7]、催化反应、能源设备[8，9]等领域。此外，石墨烯因具有较高的荧光猝灭效率和良好的生物相容性在生物传感器中得到了广泛关注。如氧化石墨烯由于其与DNA的特殊相互作用和对多种染料的高效荧光猝灭作用，已被应用于开发一种具有高灵敏度和选择性的荧光DNA检测方法[10-12]。
在研究石墨烯的过程中，科研人员逐渐将视野拓宽到了其他有着类似石墨烯结构的其他二维材料。这类堆叠成块的层状材料，层与层之间仅靠范德华力相互作用而紧密堆叠在一起，由于层间作用力小，很容易通过剥离的手段将层与层之间的间隙打开，从而剥离出单层材料。目前二维材料的研究中，以III-V族元素为代表的化合物的研究成果最为丰硕，已经制备出单层的材料包括二硫化钼、二硫化钨、二硒化钨、二硒化铝等，且在电子器件、能源设备、传感器等领域的研究已取得较大进展。其中二硫化钼作为二维过渡金属二硫化物的代表，在实际应用中取得了突出性成果，如单层MoS2场效应晶体管[13]、MoS2-g-C3N复合光催化材料[14]、MoS2/G锂电池负极材料[15]。此外，二硫化钼和石墨烯相似，具有较高的荧光猝灭效率，单层MoS2纳米薄片被证明能够通过碱基与MoS2纳米薄片基面之间的范德华力吸附单链DNA作为荧光猝灭剂被应用于生物传感平台[16]。由此可见，二维材料作为荧光猝灭剂在荧光检测方面具有极大的潜在价值。
目前二维过渡金属硫化物在生物传感平台的研究已有一定进展，如基于二硫化钼构建的荧光传感器检测乳腺癌相关miRNA。但仍有许多类似的材料有待研究，如SnS2。与二硫化钼相似，二硫化锡也具有层状晶体结构，因此二硫化锡也容易形成层状纳米片结构，得益于这种结构，二硫化锡在太阳能电池、气敏元件、光催化材料、场效应晶体管、光电探测器等光电器件领域的研究已有较大进展[17]。但在生物传感平台，二硫化锡的相关研究很少，受石墨烯和二硫化钼纳米片在DNA荧光检测方面的应用启示，我们在此探索二硫化锡在DNA检测方面的潜在应用价值。
三、研究内容
我们知道，二硫化钼因具有较高的荧光猝灭效率、良好的生物相容性和较大的比表面积，在荧光生物传感器中被用作“纳米猝灭剂”，用于生物分子检测。以基于单层二硫化钼纳米片的DNA荧光检测为例，其原理是单层二硫化钼纳米片能够通过碱基与二硫化钼纳米薄片基面之间的范德华力自发吸附单链DNA，而其与双链DNA的结合较弱，从而使荧光标记的单双链DNA分子表现出不同的荧光强度。参考层状二硫化钼纳米片在DNA荧光检测方面的研究方法[18]，我们将按下面的方法进行新型二维材料层状二硫化锡纳米片在DNA荧光检测方面的尝试。
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