[发明专利]一种石墨烯晶体管离子传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种石墨烯晶体管离子传感器，包括衬底和设置于所述衬底上的栅极、源极和漏极；所述源极和漏极之间设置有石墨烯沟道；所述栅极表面固定有碳点。本发明将碳点固定在石墨烯晶体管栅电极表面，碳点能够吸附溶液中的铁离子，从而改变晶体管与样本溶液之间的双电层界面特性，使石墨烯沟道中的电流发生变化，通过检测沟道中的电流变化，可以检测溶液中的微量铁离子；本发明提供的石墨烯晶体管离子传感器的操作电压低于1V，铁离子的最低检测限能够达到10^‑16M，且改变铁离子浓度后，传感器的电流即时发生变化，灵敏度非常高。

技术领域

本发明涉及生物传感器技术领域，特别涉及一种石墨烯晶体管离子传感器及其制备方法和应用。

背景技术

随着纳米技术的发展，许多基于纳米材料的化学和生物传感器或电子器件受到广泛的研究，石墨烯由于其独特的物理特性，在化学和生物传感器中被认为是一种很有前途的材料。

离子传感器是利用离子选择电极，将感受的离子量转换成可用输出信号的传感器，离子传感器有许多重要的应用，如环境监测、食品安全检查等。离子和石墨烯之间的相互作用对所有类型的基于石墨烯晶体管的化学或生物传感器都很重要，因为它们是在水溶液中进行操作的。各种基于石墨烯晶体管的离子传感器近年来也引起了极大的关注。

铁是维持生命的主要物质，是制造血红素和肌血球素、促进维生素B族代谢的必要物质。铁离子在许多生理过程中起着重要作用，体内含量过多或者缺乏均会引起一系列疾病。目前检测铁离子浓度的方法大多是光谱、质谱方法等，这些检测方法测试仪器大，操作人员学习成本高，仪器昂贵，测试时间长，并且最低检测限为10^-12M。因此，设计可以有效检测生物体内铁离子的化学传感器在卫生保健方面具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯晶体管离子传感器及其制备方法和应用。本发明提供的石墨烯晶体管离子传感器操作简单，使用方便，可用于检测极低浓度的铁离子，灵敏度高，铁离子的最低检测限能达到10^-16M。

本发明提供了一种石墨烯晶体管离子传感器，包括衬底和设置于所述衬底上的栅极、源极和漏极；所述源极和漏极之间设置有石墨烯沟道；所述栅极表面固定有碳点。

优选的，所述石墨烯沟道的宽度为0.2～0.3mm，石墨烯沟道的长度为4～8mm。

优选的，所述石墨烯沟道为单层石墨烯。

优选的，所述栅极、源极和漏极独立地包括铬层和金层，所述铬层位于衬底和金层之间。

优选的，所述铬层的厚度为6～12nm，所述金层的厚度为40～90nm。

优选的，所述栅极表面碳点的固定量为10～30μg/mm²。

本发明还提供了上述技术方案所述石墨烯晶体管离子传感器的制备方法，包括以下步骤：

(1)在衬底表面制备栅极、源极和漏极，使所述源极和漏极之间存在沟道；

(2)将石墨烯平铺在源极和漏极之间的沟道上，得到石墨烯晶体管；

(3)在所述步骤(2)得到的石墨烯晶体管的栅极表面固定碳点，得到石墨烯晶体管离子传感器。

优选的，所述步骤(1)中栅极、源极和漏极的制备包括：采用热蒸发镀膜法在衬底表面依次蒸镀铬层和金层。

优选的，所述步骤(3)中固定碳点的方法包括：在所述步骤(2)所得石墨烯晶体管中栅极的表面修饰羧基后进行活化处理；将碳点分散液涂覆在活化处理后的栅极表面。

本发明还提供了上述技术方案所述石墨烯晶体管离子传感器或按照上述技术方案制备的石墨烯晶体管离子传感器在铁离子检测中的应用。