[發明專利]一種場效管微型傳感器及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011343516.8
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112611785B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 胡敬芳;肖疏雨;王繼陽;周興輝;宋鈺;高國偉
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 趙曉琳

本發明涉及微型傳感器技術領域，尤其涉及一種場效管微型傳感器及其制備方法和應用。本發明提供的場效管微型傳感器中以聚醚酰亞胺和丙烯酸為功能單體，以Cd²⁺為模板離子通過紫外光表面聚合法進行聚合后，去除模板離子，得到的離子印跡聚合物中含有Cd²⁺的印跡孔洞，所述印跡孔洞可以更好的提高對Cd²⁺的識別能力，進而提高場效管微型傳感器對Cd²⁺的檢測靈敏度；同時，所述離子印跡聚合物具有較好的長期穩定性，提高了所述場效管微型傳感器的使用壽命。

技術領域

本發明涉及微型傳感器技術領域，尤其涉及一種場效管微型傳感器及其制備方法和應用。

背景技術

鎘是人體非必需元素，在自然界中常以化合態存在，含量很低，大氣中鎘含量低于0.003μg/m，水中不超過10μg/L，土壤中不超過0.5mg/kg，正常情況下，不會影響人體健康。但當環境受到鎘污染后，便會對人和生物造成危害。而進入人體的鎘，在體內形成鎘硫蛋白，通過血液到達全身，并有選擇性的蓄積在腎、肝中，從而影響肝、腎器官中酶系統的正常功能，使骨骼的生長代謝受到阻礙，造成骨骼疏松、萎縮、變形等。因此，對水環境中鎘離子的檢測就顯得更有意義；但是當前的傳感器檢測鎘離子的靈敏度和穩定性還有待于進一步提高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種場效管微型傳感器及其制備方法和應用，所述場效管微型傳感器具有較好的靈敏度和穩定性。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種場效管微型傳感器，包括FET微電極、石墨烯層和離子印跡聚合物層；

所述FET微電極包括襯底和在所述襯底表面的叉指電極層；所述叉指電極層與襯底之間形成溝道；

所述叉指電極層的排列方式為多通道叉指陣列；

所述石墨烯層和離子印跡聚合物層位于所述溝道處；所述石墨烯層和離子印跡聚合物層由下到上依次層疊設置；

所述離子印跡聚合物層與所述石墨烯層以交聯的形式連接；

所述離子印跡聚合物層中的離子印跡聚合物通過以聚醚酰亞胺和丙烯酸為單體，以Cd²⁺為模板離子在紫外光照射下進行聚合后，去除模板離子得到。

優選的，所述多通道叉指陣列為：包括5個傳感通道，每個傳感通道中的叉指電極陣列的指對數為10對，叉指帶長度為200μm，指寬為5μm，指間距為3μm。

本發明還提供了上述技術方案所述的場效管微型傳感器的制備方法，包括以下步驟：

在襯底的表面制備叉指電極層，得到FET微電極；所述FET微電極中的叉指電極層與襯底之間形成溝道；

在所述溝道處自組裝還原氧化石墨烯，得到石墨烯層；

將聚醚酰亞胺、丙烯酸和二價鎘鹽混合后，得到中間聚合物；

在所述石墨烯層表面接枝光敏自由基后，在紫外光照的條件下，將所述中間聚合物與所述光敏自由基進行接枝，去除Cd²⁺，形成離子印跡聚合物層，得到所述場效管微型傳感器。

優選的，制備所述叉指電極層的方法為MEMS微加工。

優選的，所述自組裝包括以下步驟：

將所述FET微電極依次在氨水和3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液中進行浸泡處理，在浸泡后的溝道表面滴加氧化石墨烯分散液進行自組裝后，進行還原，得到所述石墨烯層。

優選的，所述聚醚酰亞胺、丙烯酸和二價鎘鹽的質量比為(1～5)：6:4。

優選的，生成所述中間聚合物的溶液中還包括交聯劑和引發劑；