一种光电化学生物传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种光电化学生物传感器及其制备方法，所述光电化学生物传感器包括：电解池，设置在电解池内的电解液，设置在电解池内的有机电化学晶体管，及设置在电解池内的栅电极；所述有机电化学晶体管包括：衬底，设置在衬底之上的源电极和漏电极，及涂覆在衬底之上连接源电极和漏电极的有机半导体薄膜层；所述栅电极上修饰有光电活性半导体材料作为传感器的敏感功能层。本发明专利技术光电化学生物传感器具有极高的灵敏度，且结构简单、器件尺寸小，解决了光电化学生物传感器不易微型化的问题。本发明专利技术光电化学生物传感器在生物检测领域具有普适性，除可以应用于DNA传感器和免疫传感器外，在酶生物传感、细胞传感等生物传感方面也都可以广泛适用。

Photoelectric chemical biological sensor and preparation method thereof

The invention discloses a photoelectrochemical biosensor and a preparation method thereof, wherein the photoelectrochemical biosensor includes: electrolytic cell, the electrolyte in the electrolytic tank set, set in an electrolytic cell of organic electrochemical transistors arranged in the electrolytic cell, and the gate electrode; the organic chemical transistor includes: a substrate, set the source electrode and the drain electrode on the substrate, an organic semiconductor thin film layer coated on the substrate and connected to the source electrode and the drain electrode; the gate electrode modified with active semiconductor material photoelectric sensor can work as a sensitive layer. The photoelectric chemical biological sensor of the invention has high sensitivity, simple structure and small size of the device, and solves the problem that the photoelectric chemical biosensor is not easy to be miniaturized. The photoelectrochemical biosensor has universality in the field of biological detection, can be applied to DNA sensor and biosensor, enzyme in biosensors, cell sensing biosensor can be widely used.

【技术实现步骤摘要】
一种光电化学生物传感器及其制备方法
本专利技术涉及生物传感
，尤其涉及一种光电化学生物传感器及其制备方法。
技术介绍
光电化学（PEC）生物传感技术是在电化学分析方法的基础上发展起来的一种生物传感技术，由于其灵敏度高、价格低廉及设备简单等优点，已被广泛应用于酶生物传感、DNA传感、免疫传感、及细胞传感等各种生物传感。PEC的检测原理是基于在光照下识别元件和目标分子之间的生物识别作用而产生相应电信号的改变。目前，对于PEC生物传感器中信号的检测主要通过电化学工作站，建立一个由工作电极、参比电极、及对电极组成的三电极测试系统来检测光电流的大小。该系统虽然结构简单，但不利于器件化，也为该传感器的微型化带来不便。因此，现有技术还有待于改进和发展。
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光电化学生物传感器及其制备方法，从而进一步提高光电化学生物传感器的灵敏度及解决现有的光电化学生物传感器不易微型化的问题。本专利技术的技术方案如下：一种光电化学生物传感器，包括：电解池，设置在所述电解池内的电解液，设置在所述电解池内的有机电化学晶体管，及设置在所述电解池内的栅电极；所述有机电化学晶体管包括：衬底，设置在所述衬底之上的源电极和漏电极，及涂覆在衬底之上连接源电极和漏电极的有机半导体薄膜层；所述栅电极上修饰有光电活性半导体材料作为传感器的敏感功能层。所述的光电化学生物传感器，其中，所述光电活性半导体材料为有机半导体材料、无机半导体材料或二者的组合。所述的光电化学生物传感器，其中，所述衬底是由玻璃、聚合物柔性材料或硅片制成。所述的光电化学生物传感器，其中，所述源电极、漏电极及栅电极是由金属材料、金属氧化物半导体材料、合金材料构成。所述的光电化学生物传感器，其中，所述有机半导体薄膜层由聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚咔唑或者聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚咔唑的两种或两种以上的共聚物中的至少一种构成。所述的光电化学生物传感器，其中，所述源电极和漏电极的厚度为50-500nm。所述的光电化学生物传感器，其中，所述有机半导体薄膜层的厚度为10-300nm。一种如以上任一项所述的光电化学生物传感器的制备方法，包括步骤：A、彻底清洗衬底并干燥，在衬底上制备源电极和漏电极，在源电极和漏电极之间制备有机半导体薄膜层，得到有机电化学晶体管；B、彻底清洗栅电极并干燥，在栅电极上修饰光电活性半导体材料作为传感器的敏感功能层，得到修饰后的栅电极；C、将有机电化学晶体管和修饰后的栅电极放置于装有电解液的电解池中，制得所述光电化学生物传感器。所述的光电化学生物传感器的制备方法，其中，所述步骤A中，所述的源电极和漏电极是通过真空热蒸镀、磁控溅射或气相沉积中的一种方法制备。所述的光电化学生物传感器的制备方法，其中，所述步骤A中，制备有机半导体薄膜层的方法为旋涂或喷墨印刷；退火温度为100-250℃，退火氛围为氮气，时间为20-60min。有益效果：本专利技术首次将光电化学生物传感技术与有机电化学晶体管相结合，由于有机电化学晶体管兼具传感和信号放大的作用，可对栅电极上微弱的电流信号变化进行放大，因此该传感器具有极高的灵敏度。本专利技术结构简单、器件尺寸小，所有部件都可以集成到一个微小衬底上，解决了现有的光电化学生物传感器不易微型化的问题。本专利技术在生物检测领域具有普适性，除可以应用于DNA传感器和免疫传感器外，在酶生物传感、细胞传感等各种生物传感方面也都可以广泛适用。附图说明图1是本专利技术光电化学生物传感器的整体结构示意图。图2是本专利技术所述有机电化学晶体管的结构示意图。图3为光照“关-开”下栅电极修饰有CdSQDs的器件的Ids-T曲线。图4为DNA杂化前后（目标DNA浓度为10-13M）所测的Ids-T曲线（a为CdSQDs修饰的栅电极的Ids-T曲线，b为探针ssDNA在CdSQDs修饰的栅电极的Ids-T曲线，c为目标ssDNA和探针ssDNA杂化后的Ids-T曲线）。图5为沙门氏菌（沙门氏菌浓度为108cells/ml）与抗体结合前后所测的Ids-T曲线（a为CdSQDs修饰的栅电极的Ids-T曲线，b为固定抗体在CdSQDs修饰的栅电极上的Ids-T曲线，c为沙门氏菌与抗体结合后的Ids-T曲线）。图6为采用光电化学分析方法测试不同浓度沙门氏菌的结果。图7为基于有机电化学晶体管的光电化学传感器测试不同浓度沙门氏菌的结果。具体实施方式本专利技术提供一种光电化学生物传感器及其制备方法，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。本专利技术提供一种光电化学生物传感器，用于生物分子的检测，如图1、图2所示，包括：电解池1，设置在所述电解池1内的电解液2，设置在所述电解池1内的有机电化学晶体管9，及设置在所述电解池内的栅电极3；所述有机电化学晶体管9包括：衬底5，设置在所述衬底5之上的源电极7和漏电极8，及涂覆在衬底5之上连接源电极7和漏电极8的有机半导体薄膜层6；所述栅电极3上修饰有光电活性半导体材料4作为传感器的敏感功能层。进一步的，本专利技术实施例中，所述光电活性半导体材料为有机半导体材料、无机半导体材料或二者的组合；例如CdS、TiO2。进一步的，本专利技术实施例中，所述衬底是由玻璃、聚合物柔性材料（例如PET）或硅片制成。进一步的，本专利技术实施例中，所述源电极、漏电极及栅电极是由金属材料、金属氧化物半导体材料、合金材料构成；例如Au、Ag、Pt、Cu、ITO等。进一步的，本专利技术实施例中，所述有机半导体薄膜层由聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚咔唑或者聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚咔唑的两种或两种以上的共聚物中的至少一种构成。进一步的，本专利技术实施例中，所述源电极和漏电极的厚度为50-500nm。进一步的，本专利技术实施例中，所述有机半导体薄膜层的厚度为10-300nm。进一步的，本专利技术实施例中，将源电极、漏电极和栅电极放置于装有电解液的电解池中进行检测，所述电解液用于作为电子给体。本专利技术所述有机电化学晶体管（OECT）为有机薄膜晶体管（OTFT）中的其中重要一类，其具有成本低、容易制备、工作电压低（<1V）、生物兼容性好、易微型化、可制成柔性器件等诸多优点。由于OECT同时具有传感和信号放大的功能，因此在生物分子检测中具有非常高的灵敏度和低的检测极限。与此同时，OECT可制备成小尺寸器件，有利于传感器的微型化和可集成性。本专利技术将OECT和PEC两种生物检测技术完美结合在一起，开发出一种基于有机电化学晶体管的光电化学新型生物传感技术。由于该技术结合了OECT和PEC的各自优势，因此具有更高的灵敏度和更低的检测极限，且器件可微型化并制作阵列检测系统，有望在生物传感领域得到广泛的应用。在本专利技术所述光电化学生物传感器的基础上，可以通过进一步在光电活性半导体材料修饰的栅电极表面上固定探针ssDNA（单链DNA）、抗体等，分别对应制得光电化学DNA传感器和光电化学免疫传感器，从而达到对应检本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电化学生物传感器，其特征在于，包括：电解池，设置在所述电解池内的电解液，设置在所述电解池内的有机电化学晶体管，及设置在所述电解池内的栅电极；所述有机电化学晶体管包括：衬底，设置在所述衬底之上的源电极和漏电极，及涂覆在衬底之上连接源电极和漏电极的有机半导体薄膜层；所述栅电极上修饰有光电活性半导体材料作为传感器的敏感功能层。

【技术特征摘要】
1.一种光电化学生物传感器，其特征在于，包括：电解池，设置在所述电解池内的电解液，设置在所述电解池内的有机电化学晶体管，及设置在所述电解池内的栅电极；所述有机电化学晶体管包括：衬底，设置在所述衬底之上的源电极和漏电极，及涂覆在衬底之上连接源电极和漏电极的有机半导体薄膜层；所述栅电极上修饰有光电活性半导体材料作为传感器的敏感功能层。2.根据权利要求1所述的光电化学生物传感器，其特征在于，所述光电活性半导体材料为有机半导体材料、无机半导体材料或二者的组合。3.根据权利要求1所述的光电化学生物传感器，其特征在于，所述衬底是由玻璃、聚合物柔性材料或硅片制成。4.根据权利要求1所述的光电化学生物传感器，其特征在于，所述源电极、漏电极及栅电极是由金属材料、金属氧化物半导体材料、合金材料构成。5.根据权利要求1所述的光电化学生物传感器，其特征在于，所述有机半导体薄膜层由聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚咔唑或者聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚咔唑的两种或两种以上的共聚物中的至少一种构...

【专利技术属性】
技术研发人员：林鹏，宋家俊，魏伟伟，柯善明，曾燮榕，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44