[发明专利]一种石墨烯电容生物传感器及其制作方法、检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及分析化学领域，尤其涉及一种石墨烯电容生物传感器及其制作方法、检测方法。

背景技术

石墨烯是一种新兴的功能材料。由于其具有优良的光学、电学以及易于与生物分子通过π-π堆垛作用结合的特性，而在生物传感器设计领域受到关注。生物分子吸附在石墨烯表面可以调节其电荷传输或电荷的沟道掺杂，引起载流子浓度和载流子迁移率的变化。

石墨烯超级电容器为基于石墨烯材料的超级电容器的统称。由于石墨烯独特的二维结构和出色的固有的物理特性，诸如异常高的导电性和大表面积，石墨烯基材料在超级电容器中的应用具有极大的潜力。石墨烯基材料与传统的电极材料相比，在能量储存和释放的过程中，显示了一些新颖的特征和机制。

基于电容效应的石墨烯生物传感器尚未见报道。其原理基于电容器的原理结构式：

C=εS/4πkd.

其中，C为电容器的容量，S为电容器极板面积，d为电容器板件距离，ε为板间电介质的介电常数。当电介质的浓度变化时，ε变化引起电容器电容的变化。因此，改变电介质的浓度，即可通过测量电容器电容实现对电介质浓度的检测。

发明内容

本发明公开了一种石墨烯电容生物传感器及其制作方法、检测方法，采用石墨烯覆盖ITO电极的方法减小接触电阻，作为电容电极的一极，采用平面金电极作为电容电极的另一极。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种石墨烯电容生物传感器，包括玻璃基底，玻璃基底的两侧均设有ITO，部分同侧的玻璃基底及ITO的上面覆盖有石墨烯，没有覆盖石墨烯的玻璃基底及两侧的ITO位于同侧，没有覆盖石墨烯的两侧的ITO为电容的一极，覆盖有石墨烯的ITO的上面覆盖有PET垫片，PET垫片上覆盖有溅射金膜的PET基底，利用绝缘硅胶在玻璃基底的中部设有一样品池，金膜为电容的另一极。

所述没有覆盖石墨烯的玻璃基底及两侧的ITO尺寸分别为20mm*20mm及20mm*5mm。

所述样品池的尺寸为：20mm*10mm*3mm。

所述ITO的厚度为200nm。

所述PET垫片尺寸为20*5mm，厚度为3mm。

所述PET基底的尺寸为20*20mm，厚度为2mm，金膜的厚度为150nm。

一种石墨烯电容生物传感器的制作方法，包括以下步骤：

步骤一：利用化学气相沉积方法生长单层或多层石墨烯并将其转移覆盖至部分玻璃基底，氧化铟锡设于玻璃基底的两侧上且位于石墨烯之下且与石墨烯无PMMA残留的一面接触；

步骤二：石墨烯覆盖至玻璃基底后，用绝缘硅胶围成样品池，利用磁控溅射方法，在PET基底上溅射金膜，并将金膜作为电容的另一极向下用绝缘硅胶固定于样品池之上，然后加样从而形成集成化的单一石墨烯器件。

所述步骤一中玻璃基底的尺寸为20*20mm，氧化铟锡电极尺寸为20*5mm，厚度为200nm；所述步骤一中利用化学气相沉积方法生长单层或多层石墨烯并将其转移覆盖至部分玻璃基底的转移方法为湿法转移方法；

所述步骤一中氧化铟锡的上方，利用绝缘硅胶固定尺寸为20*5mm，厚度为3mm的PET垫片；

所述步骤一中未被覆盖的氧化铟锡上涂抹导电银浆引出电极分别作为电容的一极；

所述步骤一中石墨烯的电容的一极与电容的另一极间电阻为1K欧姆；

所述步骤二中PET基底的尺寸为20*20mm，厚度为2mm，金膜的厚度为150nm；

所述步骤二中将溅射有金膜的PET基底，金膜向下利用绝缘硅胶覆盖于PET垫片之上，从而形成尺寸为20mm*10mm*3mm的样品池；

一种石墨烯电容生物传感器的检测方法，包括以下步骤：

步骤一：将石墨烯电容生物传感器接入检测电路；

步骤二：使用移液器向样品池中加入300μL ATP样品，处理器改变D/A电压按0V至1.5V至2.5V至1.5V输出，检测电容器的电压动态信号，实时计算电容器电容值；

所述步骤一中检测电路的为：电容的一极接地，电容的另一极通过R1与可调电压源相连，可调电压源与微处理器的D/A端相连，R2与电容相并联且R2、R1及电容的公共端与仪表放大器的一端输入端相连，R2、电容及地的公共端通过电阻R与仪表放大器的另一端输入端相连，仪表放大器的输出端与微处理器的A/D端相连，微处理器与计算机相连。

所述电阻R₁=R₂=1K欧姆；