摘要：基于检测物自身与电极之间的直接相互作用来完成信号转换的第三代生物传感器是当前研究的热点。我们采用MaterialsStudio建立实验模型，采用DFTB+软件对ZnO纳米团簇与多巴胺分子的界面特性进行理论研究，计算结果显示ZnO纳米团簇上的锌原子与多巴胺分子中的氧原子和氮原子有相互作用，最优化结构的结合能达到2.3532eV。综上所述，从能量捕获的角度，进行了设计ZnO纳米团簇直接检测多巴胺分子传感器的可行性讨论。

关键词:ZnO，纳米团簇，多巴胺，界面特性，DFTB+

Abstract：The third generation biosensor based on the direct interaction between the detector itself and the electrode is the hotspot of the current research. We used the Materials Studio to establish the experimental model. The DFTB + software was used to study the interfacial properties of ZnO nanoclusters and dopamine molecules. The calculated results show that the zinc atoms on ZnO nanoclusters interact with oxygen atoms and nitrogen atoms in dopamine molecules , The optimal structure of the binding can reach 2.3532eV. In summary, from the perspective of energy capture, the feasibility of designing ZnO nanoclusters to directly detect dopamine molecular sensors is discussed.

Keywords: ZnO, nanoclusters, dopamine, interfacial properties, DFTB +

目 录

第一章绪论 1

1.1ZnO纳米材料的特性及应用 1

1.2多巴胺分子特性介绍 1

1.3ZnO与多巴胺的研究现状及问题 2

第二章DFTB软件计算的原理 3

2.1 密度泛函理论 3

2.2 DFTB软件的使用及计算参数说明 3

第二章ZnO与多巴胺分子界面特性研究 5

3.1建立ZnO与多巴胺分子模型 5

3.2编写DFTB程序运行代码 8

3.3数据分析 11

第四章总结与展望 16

致谢 17

参考文献 18

第一章 绪论

1.1ZnO纳米材料的特性及应用

虽然许多智能荧光有机染料已经被深入研究用于感测各种靶分子，但是依赖于光电子转移（PET）和能量转移的机制[1]。氧化锌作为一种II-VI半导体纳米材料具有禁带，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、无毒、优良的生物兼容性、生物安全和环境友好等优点[2-4]；其高达9.5的等电点，使得ZnO纳米结构表面的生物分子组装和修饰更易操作且可靠[3]。

纳米颗粒由于其新的光学，磁性和催化性质，在化学技术，磁性数据存储，电池材料和感测性能方面得到广泛的应用[7]。其中的光稳定性，高光致发光量子产率，具有高摩尔消光系数的宽吸收光谱及其从UV到近红外的对称，窄和可调的发射光谱是已知的。这些性质使其具有吸引力，适用于许多应用，从发光二极管到生物成像，生物标记和感测，性能明显优于其有机对应物[5-6]。另外纳米材料与生物材料的复合体系研究已经引起了很多科研人员的关注，这些复合材料体系表现出的新奇特性，使得它们在纳米电子学、信息技术、生物医学工程和界面科学等多个重要领域得到应用[5-6]。氧化锌是一种代表性的II-VI化合物半导体，有3.37eV的宽直接带隙和在室温下60MeV的大激子结合能[11-12]。在各种应用，例如光催化剂，抗菌活性，太阳能电池，化学传感器，自旋电子学的铁磁材料，压电换能器，透明电极，场效应晶体管等得到了广泛的关注[7-10]。