一种基于二维材料的柔性唾液葡萄糖传感器及制备方法技术

本发明专利技术公开一种基于二维材料的柔性唾液葡萄糖传感器及制备方法，柔性唾液葡萄糖传感器从下至上依次包括：基底、源极和漏极、二维层状材料、介电层、唾液形成的液体栅极，所述二维层状材料为过渡金属硫化物。本发明专利技术采用二维层状材料得到具有最佳电学性能的葡萄糖传感器。本发明专利技术的葡萄糖传感器具有检测灵敏度高、机械性能好的优点，且更易于量化生成，可大面积的工业化制备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子科学领域，尤其涉及一种基于二维材料的柔性唾液葡萄糖传感器及制备方法。
技术介绍
中国2013年糖尿病的患病人数为9840万，居全球首位。在中国成年人中，糖尿病患者比例为9.7%，糖尿病前期人群比例更高达15.5%，属于非常高发，也是严重危害人民健康的主要杀手。而广东糖尿病患病率高于全国，18岁以上成人糖尿病患病率为13.0%。因此，糖尿病的预防及检测显得尤为重要。传统的体内葡萄糖检测方法以手指采血这种痛楚的方法来度量血糖水平。理想的方案是开发一种非侵入性的方式来检测葡萄糖，检测唾液中的葡萄糖含量不失为一种合适的非侵入性方法。然而，唾液中的葡萄糖含量仅为血液中葡萄糖含量的1/50~1/100，因此通过人的唾液测量血糖值，精度需要到达0.01mmol.L-1。在不同的生物化学传感器中，将具有生物兼容型的材料与场效应晶体管结合有着巨大的发展潜力。基于场效应晶体管的传感器通常具有高灵敏度，因为该装置结合了传感器和放大器，当目标检测物所引起的栅极电压的微小变化都可以通过显著的沟道电流变化而检测。不含有电解质的薄膜晶体管结构更加适合于唾液中葡萄糖含量的检测。近来，国际上很多研究团队致力于研究基于有机薄膜晶体管的葡萄糖传感器。然而，有机半导体材料普遍沟道迁移率较低，导致现有的葡萄糖传感器检测灵敏度低、机械性能有待提高，为了实现具有高电学性能的柔性的葡萄糖传感器，在材料设计和选择方面需要有一些创新的方法。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于二维材料的柔性唾液葡萄糖传感器及制备方法，旨在解决现有的葡萄糖传感器检测灵敏度低、机械性能有待提高的问题。本专利技术的技术方案如下：一种基于二维材料的柔性唾液葡萄糖传感器，其中，从下至上依次包括：基底、源极和漏极、二维层状材料、介电层、唾液形成的液体栅极，所述二维层状材料为过渡金属硫化物。所述的基于二维材料的柔性唾液葡萄糖传感器，其中，所述二维层状材料为二硫化钼、二硫化钨、二硫化钛或二硫化钽。所述的基于二维材料的柔性唾液葡萄糖传感器，其中，所述介电层的材料为五氧化二钽。所述的基于二维材料的柔性唾液葡萄糖传感器，其中，所述源极和漏极的材料为金。所述的基于二维材料的柔性唾液葡萄糖传感器，其中，所述基底为柔性基底。所述的基于二维材料的柔性唾液葡萄糖传感器，其中，在所述介电层表面设置有自主装层。所述的基于二维材料的柔性唾液葡萄糖传感器，其中，所述自主装层的材料为环氧基三氯硅烷。所述的基于二维材料的柔性唾液葡萄糖传感器，其中，所述环氧基三氯硅烷表面修饰有葡萄糖氧化酶。一种如上所述的基于二维材料的柔性唾液葡萄糖传感器的制备方法，其中，包括步骤：A、在基底上制备源极和漏极；B、在源极和漏极之上制备二维层状材料，所述二维层状材料为过渡金属硫化物；C、将介电层沉积于二维层状材料之上；D、滴加唾液，形成液体栅极。所述的制备方法，其中，所述步骤C与D之间还包括：C1、对介电层表面进行羟基化处理；C2、在介电层表面制作自主装层；C3、在自主装层表面修饰葡萄糖氧化酶。有益效果：本专利技术采用二维层状材料得到具有最佳电学性能的葡萄糖传感器。本专利技术的葡萄糖传感器具有检测灵敏度高、机械性能好的优点，且更易于量化生成，可大面积的工业化制备。附图说明图1为本专利技术一种基于二维材料的柔性唾液葡萄糖传感器较佳实施例的结构示意图。图2为本专利技术柔性唾液葡萄糖传感器检测葡萄糖前后的转移特性曲线的变化示意图。具体实施方式本专利技术提供一种基于二维材料的柔性唾液葡萄糖传感器及制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1，图1为本专利技术一种基于二维材料的柔性唾液葡萄糖传感器较佳实施例的结构示意图，如图所示，从下至上依次包括：基底、源极和漏极、二维层状材料10、介电层、唾液形成的液体栅极，所述二维层状材料为过渡金属硫化物。在本专利技术的柔性唾液葡萄糖传感器中，目标检测物和二维材料界面的结合所引起的电学性能改变，主要通过场效应晶体管的器件性能例如迁移率，开关比，阈值电压以及亚阈值摆幅来监测，而本专利技术中采用过渡金属硫化物应用为传感器的沟道材料，从而得到优良的电学性能，并且检测灵敏度高，机械性能更好。本专利技术的柔性唾液葡萄糖传感器属于顶栅底接触结构。优选的，所述二维层状材料为二硫化钼、二硫化钨、二硫化钛或二硫化钽，这些材料均属于过渡金属硫化物。所述介电层的材料为五氧化二钽，即Ta2O5。所述源极和漏极的材料为金。即采用金电极制作成源极和漏极。所述基底为柔性基底。具体来说，所述柔性基底可以是聚对苯二甲酸（PET）柔性基底。在所述介电层表面设置有自主装层。优选的，所述自主装层的材料为环氧基三氯硅烷。另外，在所述环氧基三氯硅烷表面还可修饰有葡萄糖氧化酶（GOx）。本专利技术采用液体顶栅的结构，使得葡萄糖与在Ta2O5表面修饰葡萄糖氧化酶（GOx）反应产生的葡萄糖酸影响栅电极的电势。二维层状材料的超高迁移率将大大提高传感器的敏感度，同时二维层状材料的超薄特性以及高机械强度将会提高柔性器件的机械性能。本专利技术还提供一种如上所述的基于二维材料的柔性唾液葡萄糖传感器的制备方法，其包括步骤：S1、在基底上制备源极和漏极；S2、在源极和漏极之上制备二维层状材料，所述二维层状材料为过渡金属硫化物；S3、将介电层沉积于二维层状材料之上；S4、滴加唾液，形成液体栅极。具体来说，在所述步骤S1中，所选基底为苯二甲酸（PET）柔性基底上，将金电极在2×10-6Torr的真空度下以0.1Ås-1的速率通过热蒸发的方式沉积于基底上，形成源电极和漏电极（沟道长度/宽度=50微米/1000微米），源电极和漏电极的厚度为30纳米。在所述步骤S2中，将二维层状材料分散液将通过在1500rpm至5000rpm转速条件下旋涂于源极和漏极之上，其厚度可通过调节旋涂转速和浓度来调节。二维层状材料分散液可以通过如下溶液反应法制备：将二维层状材料的粉末分散在有机溶剂中(1mg/ml)，在低功率的超声机中超声一小时得到深色的分散液。再将分散液用500rpm的转速离心90分钟，用移液枪收集上层清液即可。在所述步骤S3中，将介电层沉积于二维层状材料之上，例如通过热蒸发的方式将Ta2O5沉积在二维层状材料上，形成介电层，其中的介电层厚度优选为150纳米。在所述步骤S4中，滴加唾液，形成液体栅极。也就是说，将目标葡萄糖溶液（使用时即为唾液）将滴在器件上，形成液体栅极。进一步，所述步骤S3与S4之间还包括：S31、对介电层表面进行羟基化处理；S32、在介电层表面制作自主装层20；S33、在自主装层20表面修饰葡萄糖氧化酶30。在介电层表面还需进行处理，再滴加唾液，有助于提高检测灵敏度和准确性。即先在步骤S31中，通过UV-O3（紫外线臭氧）对Ta2O5表面进行羟基化处理。然后在步骤S32中，在介电层表面制作自主装层20，例如将制作完上述功能层的基底置于环氧基三氯硅烷的蒸汽之中2分钟（真空度为40mbar），形成环氧基三氯硅烷的自主装层20。再在步骤S33中，在自主装层20表面修饰葡萄糖氧化酶30（GOx）。在制作时，可先将GOx溶解在磷酸盐缓本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于二维材料的柔性唾液葡萄糖传感器，其特征在于，从下至上依次包括：基底、源极和漏极、二维层状材料、介电层、唾液形成的液体栅极，所述二维层状材料为过渡金属硫化物。

【技术特征摘要】
1.一种基于二维材料的柔性唾液葡萄糖传感器，其特征在于，从下至上依次包括：基底、源极和漏极、二维层状材料、介电层、唾液形成的液体栅极，所述二维层状材料为过渡金属硫化物。2.根据权利要求1所述的基于二维材料的柔性唾液葡萄糖传感器，其特征在于，所述二维层状材料为二硫化钼、二硫化钨、二硫化钛或二硫化钽。3.根据权利要求1所述的基于二维材料的柔性唾液葡萄糖传感器，其特征在于，所述介电层的材料为五氧化二钽。4.根据权利要求1所述的基于二维材料的柔性唾液葡萄糖传感器，其特征在于，所述源极和漏极的材料为金。5.根据权利要求1所述的基于二维材料的柔性唾液葡萄糖传感器，其特征在于，所述基底为柔性基底。6.根据权利要求1所述的基于二维材料的柔性唾液葡萄糖传感器，其特征在于，在所述介电层表...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩素婷，周晔，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44