[实用新型]无标记石墨烯场效应晶体管柔性生物传感器及可穿戴设备

说明书

本实用新型涉及一种用于核酸检测的生物传感器及其制备方法和应用。无标记石墨烯场效应晶体管柔性生物传感器，包括衬底和PDMS盖板；所述衬底上铺设有单层石墨烯，所述单层石墨烯上镀有源/漏电极；所述PDMS盖板盖在所述源/漏电极之间的单层石墨烯上；所述PDMS盖板上的微流道与所述单层石墨烯连通；所述单层石墨烯表面修饰有探针结合材料。本实用新型采用多聚懒氨酸等对单层石墨烯进行修饰，功能化修饰后的单层石墨烯，通过静电吸附作用，将DNA探针分子吸附固定在单层石墨烯表面，以便对miRNA进行检测。本发明的柔性生物传感器，制备工艺简单、成本低、灵敏度高、检测极限低。

技术领域

本实用新型属于电化学技术领域，涉及一种用于核酸检测的生物传感器及可穿戴设备。

背景技术

MicroRNAs（miRNAs）是一种小的（19-25核苷酸）非编码RNA，通过mRNA降解或翻译抑制调节基因表达。超过一半的人类编码基因可以选择性地与miRNAs配对。根据序列的互补程度，miRNAs可以引起靶基因的降解或抑制mRNA的翻译，从而抑制蛋白质合成，实现基因调控。miRNAs是调节其他功能基因表达的重要调控分子，在生物体的各种生理活动、生长发育中发挥着重要作用。MiRNAs的表达水平与多种疾病有关，被认为是一种有前途的生物标志物。因此，开发一种灵敏、选择性、简便、低成本的miRNA检测方法对生物学研究和临床诊断具有重要意义。

一般来说，miRNAs的检测方法包括northern杂交分析、微阵列、分子克隆、实时定量聚合酶链反应（qRT-PCR）等，但这些方法存在分析量小、灵敏度差、操作繁琐、耗时长、成本高等局限性。近几十年来，基于纳米材料的生物传感器，如硅纳米线（SiNWs）、碳纳米管（CNTs）和石墨烯量子点（GQD）器件，在化学和生物材料的无标签检测中受到了广泛的关注。石墨烯是一种单原子厚度的二维材料，具有载流子迁移率高、双极场效应、探测面积大、易于功能化、本征电噪声低等优点，更适合作为生物传感器。

现有技术中，石墨烯场效应晶体管作为生物传感器时，为了实现检测的选择性，需要在石墨烯表面修饰生物识别分子，如抗体、酶、核酸等。为了实现生物识别分子的修饰，往往需要在石墨烯上先修饰连接层，如AuNPs、PtNPs、1-芘丁酸丁二酰酯（PASE）苝四羧酸（PTCA）等。专利201410750676.2使用1-羟基琥珀酰亚胺酯-1-芘丁酸(PASE)作为连接剂，首先将石墨烯场效应晶体管在室温下，置于PASE的DMSO溶液中1h，PASE一端的芘基通过π-π键与石墨烯紧密连接。然后将PASE修饰后的石墨烯场效应晶体管在室温下，置于PNA探针的溶液中2h，另一端的酰胺键与PNA探针的氨基发生反应，从而固定住PNA探针。完成上述工艺步骤后，即用于检测能与PNA杂交的DNA。此外1-芘丁酸也被用作连接剂，使用时需使用NHS/EDC活化-COOH。

纳米粒子常被用于连接层，其中纳米金粒子(AuNPs)最为普遍，AuNPs是至直径在1-100nm的金颗粒，它具有很好的生物相容性并能够与多种生物分子相结合。蔡冰洁在其毕业论文中，将石墨烯场效应晶体管浸入HAuCl4的溶液中反应30min，即得到了AuNPs修饰的石墨烯。通过Au-S共价键，在AuNPs表面修饰巯基乙胺，连接层上有了胺基，再通过戊二醛固定PNA探针或者酶等。

以上两种方法，都是基于非共价键的，为了更加牢固的固定生物识别分子，人们直接对导电沟道石墨烯进行共价键功能化，如胺基石墨烯、羧基石墨烯等，但共价键的引入，破坏了石墨烯的结构，极大的降低了石墨烯的电子迁移率。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有的生物传感器存在的问题，提供一种无标记石墨烯场效应晶体管柔性生物传感器，采用单层石墨烯液体栅极晶体管，实现无标记免修饰检测miRNA。