[发明专利]基于石墨烯霍尔效应的DNA传感器和检测方法

说明书

本发明涉及基于石墨烯霍尔效应的DNA传感器和检测方法。具体地，本发明公开了一种DNA传感器，所述传感器包含绝缘基板和固定于所述绝缘基板上的石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜具有如下特征：1)所述石墨烯薄膜的表面粗糙度小于1.5nm；2)所述石墨烯薄膜的方块电阻小于1000Ω/sq；3)所述石墨烯薄膜的迁移率大于2000cm²/V·s。本发明还公开了基于所述传感器可实现无需标记、快速检测、检出限高达10^‑12M且不受德拜长度影响的对DNA的检测方法。

技术领域

本发明涉及石墨烯DNA传感器测量技术领域，具体地涉及基于石墨烯霍尔效应的DNA传感器和检测方法。

背景技术

石墨烯，作为一种单原子层的二维材料，具有众多优异的性能，如：超高的电子迁移率、大的比表面积和优异的机械性能且具有生物兼容性等，由于石墨烯特殊的电学和形态，使得其载子传输非常容易受到外界环境的影响，单个分子吸附在表面，都能改变石墨烯的电性，使石墨烯在传感器领域具有广阔的应用前景。其中，用于在生物传感器领域检测葡萄糖、蛋白质、多巴胺和DNA。作为携带遗传信息的DNA分子，如果发生突变有可能导致细胞癌变，因此对DNA分子的特异性识别对于一些遗传疾病的早期诊断非常必要。

目前，在DNA检测方面，有荧光检测法、电化学检测法、场效应晶体管检测法。荧光检测法是利用石墨烯能猝灭荧光的特性来检测DNA序列，这种检测方法不仅检测的样本有限，而且需要荧光标记，在检测灵敏度方面仍存在一定的局限性。在利用石墨烯的电学性能检测方面，其检测原理都是以电性变化为主，包含电压/电流改变，或是测其电阻、电导、电容、阻抗等。器件制备过程需要经过微纳加工工艺，且电化学方法的检出限非常低，往往只有10^-7M的量级。而采用晶体管对DNA进行检测的器件，由于受到溶液德拜长度的影响，检测灵敏度和检出限均受到限制。

发明内容

本发明的目的在于提供基于石墨烯霍尔效应的DNA传感器和一种基于所述传感器的无需标记、可快速检测、检出限高达10^-12M且不受德拜长度影响的检测方法。

本发明的第一方面，提供了一种基于石墨烯霍尔效应的DNA传感器，所述传感器包含绝缘基板和固定于所述绝缘基板上的石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜具有如下特征：

1)所述石墨烯薄膜的表面粗糙度小于1.5nm；

2)所述石墨烯薄膜的方块电阻小于1000Ω/sq；

3)所述石墨烯薄膜的迁移率大于1800cm²/V·s。

在另一优选例中，所述石墨烯薄膜是如下制备的：在氢气气氛下，以气态碳源为石墨烯源材料，利用化学气相沉积法在第一基底表面生长石墨烯薄膜。

在另一优选例中，所述气态碳源选自下组：甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、或其组合。

在另一优选例中，在所述化学气相沉积法中，所述氢气和所述气态碳源的流量比为1-3：1-3。

在另一优选例中，在所述化学气相沉积法中，沉积温度为900-1200℃，较佳地1000-1100℃。

在另一优选例中，在所述化学气相沉积法中，在所述沉积温度下的沉积时间为10-60min，较佳地20-40min。

在另一优选例中，所述第一基底选自下组：铜箔、镍箔、铁箔。

在另一优选例中，所述第一基底的厚度为10-50μm。

在另一优选例中，所述石墨烯薄膜的厚度为0.1－10nm，较佳地0.3－5nm，更佳地1－3nm。

在另一优选例中，所述石墨烯薄膜是通过如下方法转移到所述绝缘基板表面的：

a-1)提供第一刻蚀液和第二刻蚀液；