摘要：利用检测物自身与电极间的直接相互作用进行信号转换的第三代生物传感器是当前研究的热点。TiO2有特殊的光学性质，而且TiO2无毒,不会对环境造成污染和危害，TiO2以此强大的优势备受青睐,使得TiO2成为最具应用潜力的光催化材料。

采用SCC-DFTB方法，尝试研究TiO2与内源性分子（尿酸分子）之间的相互作用。通过计算吸附能和电子结构，分析两者之间的界面特性。对TiO2与尿酸分子的直接相互作用机理进行探索，为制作直接相互作用的生物传感器提供可能的理论依据。

关键词：TiO2、内源性小分子、SCC-DFTB、界面吸附特性、第三代生物传感器

Abstract：The third generation biosensors is a quite hot topic around the world, using the direct interaction between the detector and the electrode to complete the signal conversion. TiO2 has special optical properties. And TiO2  will  not  cause  pollutuion  and  harm  to  the environment ,beacuse of its propertyof non-toxic. Those strong advantages make TiO2 the most application potential of the photocatalytic material By SCC-DFTB and DFT methods, the interaction between TiO2 and uric has been studied. After commuting the adsorption energy and those corresponding electronic structure, this paper investigated the way of interaction between them. The results give us some theoretical basic on how to design the newest biosensors.

Keywords: TiO2 endogenous molecule SCC-DFTB Interfacial adsorption characteristics

目录

第一章绪论 1

1.1内源性小分子/TiO2作用研究意义 1

1.2内源性小分子----尿酸介绍 1

1.3早期关于内源性小分子多巴胺/TiO2的研究 1

1.4内源性小分子/TiO2前期研究分析 2

第二章计算机模拟方法（能上机编程实现） 4

2.1密度泛函理论介绍 4

2.1.1 Hohenberg-Kohn定理 4

2.1.2 Kohn-Sham方程 4

2.1.3局域密度近似（LDA近似） 5

2.2SCC-DFTB计算软件介绍 6

2.3计算步骤 6

第三章TiO2/内源性小分子界面吸附特性计算（测试计算）---73.1模型建立 7

3.2DFTB计算语言（程序运行代码） 9

3.3优化后的模型分析 13

3.4DOS/PDOS图分析 15

总结与展望 18

致谢 19

参考文献 20

第一章绪论

1.1内源性小分子/TiO2作用研究意义

无机纳米材料是生物医学领域的后起之秀，在生物成像、疾病（特别是肿瘤）的诊断和治疗以及药物输送等方面发挥着巨大的作用。在过去的十年中，因为TiO2的化学性质稳定,受光照也不易分解,其来源丰富,价格低廉,它在污水处理、空气净化、杀菌、处理固体废物、高级涂料等领域有广泛的应用。现有的较多的研究是关注有机分子与二氧化钛团簇吸附系统在染料检测或光催化中的应用[1]。但是研究用TiO2来作为生物传感器的应用还没有实现。已有的生物传感器较多是通过相应的酶来获得作用信号，从而检测出这些物质及其含量。无机纳米材料作为生物医学领域的后起之秀，由于具有更大的比表面等优势，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成为可能，也是当前第三代生物传感器研究的热点。研究TiO2与内源性分子的吸附界面特性对于探索TiO2与生物分子之间的作用机理及是否可以构建直接相互作用的传感器具有重要意义。

1.2内源性小分子——尿酸介绍

内源性活性物是指人类和哺乳动物体内天然存在的具有生理功能和生物活性的小分子化学物质。尿酸是人体内嘌呤的代谢的最终产物，微溶于水。正常人体的尿液中产物主要是尿素，同时含有少量尿酸。人体的正常情况下，体内大约含有1200毫克的尿酸，血中的尿酸全部从肾小球滤过，每天新生成约600毫克，排泄掉600毫克。我们体液中尿酸含量的变化，能够反映我们的代谢和免疫等机能的状况。因为正常人体内的尿酸生成与排出速度较为恒定，所以才能使我们的体液中的尿酸含量处于平衡状态。而当系统出现紊乱时，则体液中的尿酸含量过多（>7mg/dL）,导致人体体液变酸，影响我们人体细胞的正常功能，甚至引起痛风关节炎、痛风性肾病、肾衰竭、高血压、高血脂、动脉硬化等疾病。