[发明专利]一种石墨烯晶体管无标记葡萄糖传感器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯晶体管葡萄糖传感器，可以对液体中的葡萄糖进行无标记检测，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，碳点能够与溶液中游离的葡萄糖共价结合，从而通过位阻效应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葡萄糖；本发明提供的石墨烯晶体管葡萄糖传感器的操作电压低于1V，葡萄糖的最低检测限能够达到10^‑14M，且改变葡萄糖浓度后，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无标记葡萄糖传感器及其制备方法。

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。

石墨烯传感器是利用电极或沟道表面电势的变化，将感受到的电势改变转换成可用输出信号的传感器，石墨烯传感器有许多重要的应用，如医疗保健、环境监测和食品安全检查等。

葡萄糖在生物学领域具有重要地位，是活细胞的能量来源和新陈代谢中间产物，即生物的主要供能物质。中枢神经系统几乎全部依赖血糖的供应作为能源，一旦血糖上升到80毫克％时就可能出现糖尿现象。葡萄糖是生物体内新陈代谢不可缺少的营养物质。它的氧化反应放出的热量是人类生命活动所需能量的重要来源。葡萄糖可以加强记忆，刺激钙质吸收和增加细胞间的沟通。但是太多的话会提高胰岛素的浓度，导致肥胖和糖尿病；太少会造成低血糖症或者更糟，胰岛素休克(糖尿病昏迷)。葡萄糖对脑部功能很重要，葡萄糖的新陈代谢会受下列因素干扰：忧郁、躁郁、厌食和贪食。阿尔兹海默症病人纪录到比其他脑部功能异常更低的葡萄糖浓度，因而造成中风或其他的血管疾病。

目前检测葡萄糖浓度的方法主要是分光光度计法、高效液相色谱法、滴定法和酶电极法等，这些检测方法大部分要专业的测试仪器和专门的操作人员，仪器昂贵，耗费时间。因此，设计可以有效检测生物体葡萄糖的化学传感器具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯晶体管无标记葡萄糖传感器及其制备方法。本发明提供的石墨烯晶体管无标记葡萄糖传感器操作简单，使用方便，可用于检测极低浓度的葡萄糖，灵敏度高，葡萄糖的最低检测限能达到10^-14M。

本发明提供了一种石墨烯晶体管无标记葡萄糖传感器，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。