本實(shí)用新型涉及生物傳感器，特別涉及一種基于介孔石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器。

背景技術(shù)：

石墨烯是一種新型的二維碳材料，表現(xiàn)出優(yōu)良的電學(xué)性質(zhì)，基于石墨烯的納米電子器件被認(rèn)為是傳統(tǒng)半導(dǎo)體的優(yōu)良替代物，但是，本征石墨烯的零帶隙是限制其深入應(yīng)用的重要因素，如場(chǎng)效應(yīng)晶體管就需要非零帶隙的半導(dǎo)體材料；因此，調(diào)控石墨烯帶隙寬度具有重要意義。

隨著石墨烯制備技術(shù)的發(fā)展，得到結(jié)構(gòu)完整的石墨烯相對(duì)較為容易，但是石墨烯的帶隙寬度幾乎為零或很小，用于制備半導(dǎo)體器件受到極大限制；目前，調(diào)控石墨烯帶隙寬度有以下幾種方法：

（1）物理法；物理法主要針對(duì)石墨烯幾何尺寸等進(jìn)行石墨烯帶隙寬度的調(diào)控；是較為常用的調(diào)控石墨烯帶隙寬度方法，尤其是通過石墨烯的幾何尺寸效應(yīng)來調(diào)控帶隙寬度，研究表明，一維尺度受限的石墨烯納米帶具有一定的帶隙；目前，制備石墨烯烯納米帶，主要有刻蝕法和裁剪碳納米管法，前者主要是利用刻蝕法，如光刻蝕、電子束光刻、聚焦離子束光刻等，將片狀石墨烯刻成準(zhǔn)一維的石墨烯納米帶；后者主要是用強(qiáng)氧化性的高錳酸鉀和硫酸、等離子刻蝕、電化學(xué)方法等將碳納米管裁剪開，形成石墨烯納米帶；還可以在石墨烯片上，形成介孔，孔間為石墨烯納米帶，使石墨烯一維尺度受限，從而打開帶隙；此外，利用基底對(duì)石墨烯的影響也可以導(dǎo)致石墨烯帶隙的產(chǎn)生；

（2）化學(xué)摻雜法；化學(xué)摻雜法分為晶格摻雜和表面吸附摻雜；石墨烯通過化學(xué)氣相沉積方法可以大面積制備, 在制備過程中或后處理中, 通過引入不同的反應(yīng)源，可以使石墨烯晶格結(jié)構(gòu)中的部分碳原子被其他原子代替，形成晶格摻雜；

（3）層數(shù)控制法；單層石墨烯難以滿足某些領(lǐng)域的應(yīng)用要求, 需要發(fā)展制備高質(zhì)量少層和多層石墨烯的制備工藝；例如，單層石墨烯的本征帶隙為零，在半導(dǎo)體領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用局限性；已有研究表明，AB堆垛結(jié)構(gòu)的雙層石墨烯在外加電場(chǎng)的作用下可以在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)的帶隙, 雖然對(duì)于生長雙層石墨烯做了大量研究，但是由于生長的雙層石墨烯無法精確調(diào)控，或?yàn)閬y層堆垛結(jié)構(gòu)，或?qū)訑?shù)不均，存在較多的三層或單層區(qū)域；如何控制堆垛結(jié)構(gòu)、提高層數(shù)均一性是目前CVD生長雙層和多層石墨烯研究面臨的共同難題。

綜上所述，通過物理法，設(shè)計(jì)石墨烯的幾何尺寸來調(diào)控帯隙，簡單可行；但是，由于光刻技術(shù)的制約，刻蝕法制備石墨烯納米帶的寬度，受到極大的限制。另外，裁剪碳納米管，無法保證石墨烯納米帶的均一性，也不適于大規(guī)模制備；在石墨烯上形成介孔是進(jìn)行帶隙調(diào)控的可行方案，可以通過介孔孔徑的大小來調(diào)控石墨烯的能隙；專利201210032772.4利用陽極氧化鋁（AAO）模板，制備石墨烯納米孔陣列，但AAO模板制作工藝較為復(fù)雜，包括高純鋁前處理、一次氧化、二次氧化、通孔等工藝，為保證AAO模板的孔徑大小和孔間距不同，需要控制電解液種類、濃度、溫度、氧化電位及時(shí)間等；相對(duì)于AAO模板法，軟模板一般都很容易構(gòu)筑，無需復(fù)雜的設(shè)備，操作方便，成本低廉等，引起人們的廣泛關(guān)注；美國加州大學(xué)洛杉磯分校的段鑲鋒等通過嵌段聚合物軟模板，制備出了介孔石墨烯，成功打開了石墨烯的帯隙，并且可以通過調(diào)節(jié)孔間距達(dá)到調(diào)控石墨烯帯隙的目的；眾所周知，石墨烯具有巨大的比表面積，將嵌段聚合物軟模板覆蓋在石墨烯上，會(huì)增加石墨烯表面清潔難度，石墨烯表面會(huì)有聚合物殘余，影響場(chǎng)效應(yīng)晶體管性能等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種基于介孔石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器，具有較高的電流開關(guān)比，能有效地對(duì)超低含量的生物分子進(jìn)行檢測(cè)。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種基于介孔石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器，包括基底層，設(shè)于所述基底層上的介孔石墨烯層，所述介孔石墨烯層上間隔設(shè)有一組源、漏電極，所述一組源、漏電極之間的介孔石墨烯層上設(shè)有生物識(shí)別層，所述生物識(shí)別層的上方設(shè)有參比電極，所述一組源、漏電極和所述生物識(shí)別層之間形成一用于導(dǎo)電的導(dǎo)電溝道，所述參比電極與所述導(dǎo)電溝道內(nèi)的被測(cè)樣品溶液插入式連接。

作為本實(shí)用新型進(jìn)一步改進(jìn)的，所述基底層為Si/SiO₂基底層。

作為本實(shí)用新型進(jìn)一步改進(jìn)的，所述介孔石墨烯層上設(shè)有多個(gè)均勻間隔排列的介孔。

作為本實(shí)用新型進(jìn)一步改進(jìn)的，所述一組源、漏電極為5-10nmCr和30-50nmAu構(gòu)成。

作為本實(shí)用新型進(jìn)一步改進(jìn)的，所述導(dǎo)電溝道長為10-20μm，寬為20-30μm。

由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：

本實(shí)用新型方案提供一種基于介孔石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器，不同孔徑的介孔石墨烯，達(dá)到調(diào)控石墨烯能隙的目的；以氧等離子體刻蝕石墨烯形成的活性含氧基團(tuán)，可以連接生物活性分子；避免AuNPs、戊二醛、芘丁酸、1-羥基琥珀酰亞胺酯-1-芘丁酸等常用連接劑的使用，極大的降低了生物傳感器的制造成本；介孔石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器，打開了石墨烯的帯隙，具有較大的電流開關(guān)比，極少量的生物分子都能夠使石墨烯導(dǎo)電溝道的電導(dǎo)率產(chǎn)生顯著的響應(yīng)，大大提升了檢測(cè)的靈敏度。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步說明：

附圖1為介孔石墨烯結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖2為一種基于介孔石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖3檢測(cè)設(shè)備測(cè)試基于介孔石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器結(jié)果示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如附圖1、2、3所示的本實(shí)用新型所述的一種基于介孔石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器中，采用微納加工工藝，制作以介孔石墨烯11為導(dǎo)電溝道的場(chǎng)效應(yīng)晶體管；一種基于介孔石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器包括基底層21，設(shè)于基底層21上的介孔石墨烯層22，介孔石墨烯層22上間隔設(shè)有一組源電極23、 漏電極24，一組源電極23、 漏電極24之間的介孔石墨烯層22上設(shè)有生物識(shí)別層25，生物識(shí)別層25的上方設(shè)有參比電極26，一組源電極23、 漏電極24和生物識(shí)別層25之間形成一用于導(dǎo)電的導(dǎo)電溝道，參比電極與導(dǎo)電溝道內(nèi)的被測(cè)樣品溶液插入式連接；其中源電極、漏電極為5-10nmCr和30-50nmAu構(gòu)成，導(dǎo)電溝道長為10-20μm，寬為20-30μm，采用液柵工藝，將Ag/AgCl電極插入被測(cè)樣品溶液中作為參比電極；氧等離子體刻蝕石墨烯時(shí)，在石墨烯邊緣形成含氧基團(tuán)（如羥基、環(huán)氧基、羧基、羰基等），將羧基化試劑（含50-200mmol/L的氯乙酸，100-500mmol/L的氫氧化鈉溶液）覆蓋在介孔石墨烯上，室溫孵育2-4h，先用0.1-0.5mmol/L鹽酸沖洗，然后用去離子水反復(fù)沖洗，使含氧基團(tuán)轉(zhuǎn)變?yōu)?COOH，真空烘箱烘干，并用NHS/EDC活化-COOH；以pH=7.4的0.1×PBS緩沖溶液為溶劑，配制濃度為10-30μg/mL的PSA（前列腺特異抗原）抗體溶液，室溫下靜置2-5h后，用pH=7.4的0.1×PBS溶液、去離子水沖洗干凈；在室溫下置于50-100mM的乙醇胺溶液中1-2h，防止非特異性吸附；隨后用pH=7.4的0.1×PBST（Tween20體積分?jǐn)?shù)為0.05%，Tween20封閉未連接生物識(shí)別分子的石墨烯）溶液沖洗干凈，N₂吹干，配制濃度為0，10，100，1000fg/mL的PSA，采用自主研發(fā)的便攜式檢測(cè)設(shè)備對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)條件為V_DS=1V，Vg=0.1V，測(cè)試結(jié)果見附圖3。

以上僅是本實(shí)用新型的具體應(yīng)用范例，對(duì)本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制；凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。