[实用新型]一种差分式石墨烯场效应晶体管尿素传感器和水样测试系统

说明书

本实用新型公开了一种差分式石墨烯场效应晶体管尿素传感器和水样测试系统，包括衬底，衬底上形成两组分离的石墨烯薄膜，分别为第一石墨烯薄膜和第二石墨烯薄膜，所述两组石墨烯薄膜上分别形成一腔体，分别为第一腔体和第二腔体，其中一个腔体的石墨烯薄膜表面修饰有一层尿素酶，另一个腔体的石墨烯薄膜表面未修饰尿素酶；所述两组石墨烯薄膜的一端共同设有源电极，两组石墨烯薄膜的另一端各设有漏电极，分别为第一漏电极和第二漏电极；两个腔体内设有栅电极；当检测时，两个腔体分别形成液栅电极。本实用新型所述的传感器能快速检测液体中尿素的含量，无需利用标准溶液进行校准。

技术领域

本实用新型涉及化学分析领域，具体涉及一种用于检测液体中尿素含量的差分式石墨烯场效应晶体管传感器。

背景技术

尿素是氨基酸的最终代谢产物，当人体内的尿素浓度超过人体自吸收的能力之后，一些内脏会受到一定的损伤。食品里掺杂尿素能够提高食物的蛋白含量，但是摄入这类食物会严重危害人体健康。近些年，泳池水体的尿素含量引起了人们的关注，因为尿素会对人体的黏膜、皮肤造成强烈的刺激作用，同时对人体器官也有毒害作用。

GB9667-1996规定游泳池水体中尿素的浓度不得高于3.5mg/L。GB/T18204.2-2014公共场所卫生检测方法第二部分规定了游泳池水体中尿素的检测方法，二乙酰一肟显色法（也称作丁二酮一肟法）。在强酸加热的条件下，尿素与二乙酰发生反应，生成红色的原二嗪，尿素的浓度和红色的深浅成正比，因为二乙酰不稳定，所以常用二乙酰一肟代替二乙酰，二乙酰一肟遇酸水解出二乙酰，加入安替比林增强反应产生的复合物的稳定性，使反应呈现黄色，在460nm波长处有最大吸收峰。该检测方法虽反应简单，成本低，但是线性范围窄，同时使用的试剂具有毒性和腐蚀性，污染环境，因此仅适用于实验室检测，不适合现场快速检测。

CN205786444f号专利公开了一种石墨烯尿液传感器，利用尿液中的有效成分尿素对石墨烯的掺杂作用来判断有无尿液存在，但是无法准确测量尿素的浓度。CN205844250号专利公开了一种石墨烯场效应晶体管的手性传感器，能够快速、准确、灵敏地检测手性化合物，但其检测结果依赖于样品的pH值，需要利用标准溶液进行校准才能得到准确的测量结果。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种新型传感器，无需利用标准溶液进行校准便可快速、准确地检测液体中的尿素含量。

本实用新型另一目的提供一种基于上述传感器的水样测试系统。

本实用新型的具体技术方案如下：

一种差分式石墨烯场效应晶体管尿素传感器，包括衬底，衬底上形成两组平行分离的石墨烯薄膜，所述两组石墨烯薄膜上分别设置一腔体，其中一个腔体的石墨烯薄膜表面修饰有一层尿素酶，另一个腔体的石墨烯薄膜表面未修饰尿素酶；所述两组石墨烯薄膜的一端共同设有源电极，两组石墨烯薄膜的另一端各设有漏电极，分别为第一漏电极和第二漏电极；两个腔体内贯穿设有共同栅电极；当检测时，两个腔体分别形成液栅电极。

优选地，所述石墨烯薄膜为单层或多层石墨烯，覆盖于衬底、源电极和漏电极之上。

优选地，所述衬底选用玻璃，其厚度在0.1mm至2mm之间。

优选地，所述源电极、漏电极由一种或多种导电材料形成，其厚度均在10nm至1000nm之间。

优选地，所述腔体选用绝缘且防水的材料形成，腔体底部不超出石墨烯薄膜的范围。

优选地，所述栅电极采用Ag/AgCl或铂丝形成。

优选地，所述的两个腔体的长度和宽度相当。

优选地，所述的栅电极设置在所述腔体的中部，与所述石墨烯薄膜和尿素酶接触之间留有间隙。