[發明專利]一種石墨烯場效應晶體管生物傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 201911278003.0
• 申請日: 2019-12-12
• 公開（公告）號: CN112986356A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 林本慧
• 申請（專利權）人: 福建海峽石墨烯產業技術研究院有限公司
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種石墨烯場效應晶體管生物傳感器及其制備方法，生物傳感器包括襯底，襯底上設有High?k介質層，High?k介質層上設有源電極、漏電極和石墨烯溝道層，源電極、漏電極分別設置在石墨烯溝道層的兩端，石墨烯溝道層上為普魯士藍，普魯士藍上為生物識別分子層；制備方法：以金屬箔為基底，生長石墨烯薄膜，將石墨烯薄膜轉移至襯底上，作為石墨烯溝道層；在石墨烯溝道層的兩端形成源電極和漏電極；在石墨烯溝道層上沉積普魯士藍；在普魯士藍上修飾生物分子識別層。本發明使酶催化底物產生的雙氧水先與電媒介物質普魯士藍發生反應，并將反應電子直接注入或導出石墨烯溝道，有效提高石墨烯場效應晶體管生物傳感器的檢測靈敏度和選擇性。

技術領域

本發明涉及生物傳感器技術領域，尤其涉及一種石墨烯場效應晶體管生物傳感器及其制備方法。

背景技術

生物傳感器的信號轉換有場效應晶體管、電化學、光電轉換等，其中，場效應晶體管生物傳感器由于其免標記的特性，受到越來越多的關注。近年來，已有多種納米材料用于制備場效應晶體管，用于生物傳感器，如碳納米管、硅納米線、石墨烯等。其中石墨烯是一種由單層碳原子構成的二維納米材料，其極高的電子遷移率、雙極性場效應等特性，特別適用于場效應晶體管，石墨烯優異的性質，可以用來提高生物傳感器的檢測靈敏度和選擇性。

傳統的石墨烯場效應晶體管對血糖(葡萄糖)、乳酸、尿酸等的識別機理為，葡萄糖氧化酶、乳酸氧化酶、尿酸氧化酶選擇性的催化氧化葡萄糖、乳酸、尿酸，生成雙氧水。雙氧水對石墨烯場效應晶體管的電學性能產生影響，南京郵電大學魏昂等利用此原理，可以檢測出0.1mmol/L的葡萄糖濃度。為進一步提高石墨烯場效應晶體管生物傳感器檢測葡萄糖、乳酸、尿酸等的檢測靈敏，我們研發了一項石墨烯生物傳感器。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種石墨烯場效應晶體管生物傳感器及其制備方法，有效提高石墨烯場效應晶體管生物傳感器檢測靈敏度和選擇性。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種石墨烯場效應晶體管生物傳感器，包括襯底，所述襯底上設有High-k介質層，所述High-k介質層上設有源電極、漏電極和石墨烯溝道層，所述源電極、漏電極分別設置在石墨烯溝道層的兩端，所述石墨烯溝道層上為普魯士藍，普魯士藍上為生物識別分子層。

進一步的，所述襯底為Si、玻璃、PET、PMMA、PDMS、PI等材料中的至少一種。

進一步的，所述High-k介質層為HfO₂、Al₂O₃、SiO₂等中的一種，采用原子束沉積法、磁控濺射、蒸鍍制備。

進一步的，所述源電極、漏電極為Cr、Au復合金屬層。

進一步的，所述生物分子識別層為固定在普魯士藍上面的葡萄糖氧化酶、乳酸氧化酶、尿酸酶等以及其他能分解底物產生雙氧水的酶類。

一種所述石墨烯場效應晶體管生物傳感器的制備方法，所述方法包括如下步驟：

以金屬箔為基底，生長石墨烯薄膜，將石墨烯薄膜轉移至襯底上，作為石墨烯溝道層；

通過微納加工工藝，在石墨烯溝道層的兩端形成源電極和漏電極；

在石墨烯溝道層上沉積普魯士藍；

采用化學方法在普魯士藍上修飾生物分子識別層。

進一步的，所述石墨烯溝道層采用化學氣相沉積法制備的石墨烯或還原氧化石墨烯或機械剝離制備的石墨烯，并通過PMMA法將石墨烯轉移到基底上。

進一步的，所述微納加工工藝包括光刻工藝、電子束蒸鍍工藝、剝離等工藝制備了以石墨烯為導電溝道的場效應晶體管，源電極和漏電極為5-10nm Cr和30-50nmAu構成，導電溝道長為10-20μm，長為20-30μm。