基于石墨烯场效应管的核酸检测微流控芯片及制备方法技术

本发明专利技术属于核酸检测装置技术领域，具体公开了一种基于石墨烯场效应管的核酸检测微流控芯片及制备方法。包括基底和微流通道片，所述基底上设置有源极、漏极、第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极之间连接有石墨烯层，所述石墨烯层的上表面修饰有纳米金颗粒，所述微流通道片覆盖在所述石墨烯层上方，所述微流通道片上设置有微流通道、进液口、出液口和电极插口，所述电极插口插接有金属电极丝。该微流控芯片灵敏度高，有效减少了基因样品的用量，并且检测芯片体积微小、易于携带，避免了外界环境的干扰，灵敏度高。

Nucleic acid detection microfluidic chip based on graphene field effect tube and preparation method thereof

The invention belongs to the technical field of nucleic acid detection devices, in particular discloses a nucleic acid detection microfluidic chip based on graphene field effect tubes and a preparation method thereof. Includes a substrate and a microchannel plate, the substrate is arranged on the source electrode and the drain electrode, a first electrode and a second electrode, a graphene layer is connected between the first and second electrodes on the surface of the graphene layer modified with gold nanoparticles, the microchannel plates are covered in the above the graphene layer, the microchannel plate is provided with a micro channel flow, liquid inlet, a liquid outlet and an electrode socket, the socket is inserted with a metal wire electrode. The microfluidic chip has high sensitivity, effectively reduces the dosage of the gene sample, and detects the chip with small size and portability, avoids interference from the external environment and has high sensitivity.

【技术实现步骤摘要】
基于石墨烯场效应管的核酸检测微流控芯片及制备方法
本专利技术属于核酸检测装置
，具体涉及一种基于石墨烯场效应管的核酸检测微流控芯片及制备方法。
技术介绍
基因检测在医疗诊断、临床分析、个性化给药、病原探测和疾病预防等方面具有重要意义，尤其是在遗传疾病和癌症的早期诊断等方面具有非常广泛的应用。目前对DNA分子的杂交过程进行检测的常规测序方法有鸟枪法、Sanger测序法、DNA阵列技术、和454测序法等。这些基因检测方法有效地丰富了基因检测的手段，但是也存在检测过程复杂繁琐，时间长，灵敏度不高，并且样品来源稀少宝贵使得检测成本高昂，耗时费力等缺点。因此，开发出一种灵敏度高、简洁快速、价格低廉、节省样品的基因检测手段成为一个急需解决的问题。这些年来，很多种方法开始应用在这个方面，包括荧光检测法、单晶硅悬臂梁、电化学方法和场效应晶体管等检测方法被用于进行DNA杂化分析，序列检测和寡核苷酸的多态分析等方面。场效应晶体管具有价格低廉、面积小、免标记、易于集成等优点，而且利用场效应晶体管做基因检测灵敏度高、传感速度快、操作简单，更重要的是其加工工艺和微机电工艺兼容，容易进行大规模的生产和制备。然而现有技术研究中的晶体管传感技术大多是在敞开的环境下进行的，容易受到外界环境的干扰和影响，稳定性和实用性差。目前基于场效应品体管的传感器大部分也是在开放的环境中进行实验的，外界环境使得晶体管DNA检测性能下降，灵敏度降低，实验重复性不好。另外，检测过程复杂，不易操作，容易引入人为误差，这些因素都降低了检测的灵敏度，并且实验稳定性和重复性不好。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供的一种基于石墨烯场效应管的核酸检测微流控芯片及制备方法，检测过程简单，易操作，解决了现有技术中检测灵敏度低，并且实验稳定性和重复性不好，容易引入人为误差的问题。本专利技术目的是提供一种基于石墨烯场效应管的核酸检测微流控芯片，包括基底和微流通道片，所述基底上设置有源极、漏极、第一电极和第二电极，所述源极与所述第一电极电连接，所述漏极与所述第二电极电连接，所述第一电极和第二电极之间通过石墨烯层连接，所述石墨烯层的上表面修饰有纳米金颗粒，所述微流通道片覆盖在所述石墨烯层上方，所述微流通道片上设置有微流通道、进液口、出液口和电极插口，并且所述进液口、出液口和电极插口均与所述微流通道连通，所述电极插口内插接有金属电极丝，所述微流通道位于所述第一电极和第二电极之间，第一电极和第二电极的连线与所述微流通道相对垂直，所述微流通道还与所述石墨烯层连通。优选的，所述的基于石墨烯场效应管的核酸检测微流控芯片，所述第一电极和第二电极的结构相同，均由粘附层以及覆盖于粘附层上方的导电层制成，并且所述粘附层位于所述基底上。优选的，所述的基于石墨烯场效应管的核酸检测微流控芯片，所述粘附层为铬层，所述导电层为金层；或者所述粘附层为钛层，所述导电层为铂层。优选的，所述的基于石墨烯场效应管的核酸检测微流控芯片，所述第一电极和第二电极之间的距离为0.2mm～0.6mm。优选的，所述的基于石墨烯场效应管的核酸检测微流控芯片，所述基底是硅片或者玻璃载玻片。优选的，所述的基于石墨烯场效应管的核酸检测微流控芯片，所述进液口、出液口和电极插口均为圆柱形，且进液口、出液口和电极插口的直径均为0.8mm。优选的，所述的基于石墨烯场效应管的核酸检测微流控芯片，所述微流通道的宽度为0.1mm～0.4mm，高度0.01mm～0.1mm，长度为0.5cm～3cm。优选的，所述的基于石墨烯场效应管的核酸检测微流控芯片，所述金属电极丝是圆柱形的Ag/AgCl电极丝，且直径为0.3mm～0.6mm。本专利技术还提供了一种的基于石墨烯场效应管的核酸检测微流控芯片的制备方法，包括以下步骤：S1，制备电极载玻片使用光刻胶作为牺牲层，在基底上分别光刻出第一电极图形，采用磁控溅射的方法先在基底上镀一层粘附层，然后在粘附层上镀一层导电层，最后用丙酮溶解掉光刻胶以及光刻胶表面的杂质，得到第一电极；第二电极的制备方法与第一电极的制备方法相同，只是在基底的位置不同，最终得到电极载玻片；S2，制备石墨烯电极载玻片以铜箔作为基底，利用化学气相沉积方法在铜箔表面生长出石墨烯，得到石墨烯/铜；在石墨烯/铜上表面涂一层聚甲基丙烯酸甲脂后，80℃加热0.5h～1h，待其自然冷却，放入质量分数2％的氯化铁溶液中将铜箔腐蚀掉，得到聚甲基丙烯酸甲脂/石墨烯，然后用水浸泡清洗，接着用所述电极载玻片将聚甲基丙烯酸甲脂/石墨烯从水中捞起，晾干后，将所述电极载玻片连同聚甲基丙烯酸甲脂/石墨烯浸泡于丙酮中将聚甲基丙烯酸甲脂溶解，晾干，得到石墨烯电极载玻片，石墨烯电极载玻片中第一电极和第二电极之间通过石墨烯层连接；S3，纳米金颗粒修饰载玻片将所述石墨烯电极载玻片浸入5mmol/L60℃的氯金酸溶液中，60℃避光反应45min后，使石墨烯层的上表面修饰有纳米金颗粒，取出并清洗处理，得到纳米金颗粒修饰载玻片；S4，微流通道片的制备以硅片或者玻璃载玻片作为微流通道片基底，利用软光刻的方法在微流通道片基底上光刻出微流通道片的阳模形，在阳模形上倾倒聚二甲基硅氧烷液体，固化后得到PDMS阴模，所述PDMS阴模即为所述微流通道片，所述微流通道片包括微流通道、进液口、出液口和电极插口，并且所述进液口、出液口和电极插口均与所述微流通道连通，将金属电极丝插入电极插口，作场效应晶体管的栅极；S5，利用等离子体键合仪分别对所述微流通道片的下表面和所述纳米金颗粒修饰载玻片上表面进行处理，然后将处理后的微流通道片覆盖在处理后的纳米金颗粒修饰载玻片上，75℃条件下烘干≥3h，得到基于石墨烯场效应管的核酸检测微流控芯片。与现有技术相比，本专利技术提供的一种基于石墨烯场效应管的核酸检测微流控芯片及制备方法，具有以下有益效果：(1)本专利技术的芯片体积小、重量轻、易于携带，有效地减少了基因样品的消耗量，同时生化反应在芯片内部，样品体积小，液体表面积体积比大，扩散速度快，使检测速度大幅度提高。(2)采用电学方法进行DNA分子的检测，避免了荧光染色等复杂的操作步骤，检测过程简洁快速，便于推广。(3)在芯片内部进行检测，避免了外界环境的干扰，解决了现有技术中容易引入人为误差，造成的检测灵敏度低，并且实验稳定性和重复性不好的问题，能够有效地提高检测的灵敏度。(4)整个芯片制备过程采用工业中已经成熟的微机电加工工艺，可以进行大规模批量化的生产，生产成本低、效率高，有利于产业化和市场化。据此，本专利技术可广泛应用于生命科学、遗传科学、和人类基因疾病的预防、诊断和治疗等领域。附图说明图1是本专利技术微流控芯片的结构示意图；图2是本专利技术微流控芯片的剖视图；图3是本专利技术微流控芯片中微流通道片的结构示意图；图4是制备电极载玻片的工艺流程图；图5是本专利技术实施例1微流控芯片检测样品的流程图；图6是本专利技术实施例1微流控芯片石墨烯层的拉曼表征图谱；图7是本专利技术实施例1微流控芯片石墨烯层表面纳米金颗粒的SEM表征图；图8是不同浓度cDNA检测结果；图9是晶体管的最小电流值随cDNA浓度的变化。附图标记说明：1.基底，11.源极，12.漏极，13.第一电极，14.第二电极，2.微流通道片，21.微流通道，22.进液口，23.出液口，24本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于石墨烯场效应管的核酸检测微流控芯片，其特征在于，包括基底(1)和微流通道片(2)，所述基底(1)上设置有源极(11)、漏极(12)、第一电极(13)和第二电极(14)，所述源极(11)与所述第一电极(13)电连接，所述漏极(12)与所述第二电极(14)电连接，所述第一电极(13)和第二电极(14)之间通过石墨烯层(3)连接，所述石墨烯层(3)的上表面修饰有纳米金颗粒，所述微流通道片(2)覆盖在所述石墨烯层(3)上方，所述微流通道片(2)上设置有微流通道(21)、进液口(22)、出液口(23)和电极插口(24)，并且所述进液口(22)、出液口(23)和电极插口(24)均与所述微流通道(21)连通，所述电极插口(24)内插接有金属电极丝(241)，所述微流通道(21)位于所述第一电极(13)和第二电极(14)之间，第一电极(13)和第二电极(14)的连线与所述微流通道(21)相对垂直，所述微流通道(21)还与所述石墨烯层(3)连通。

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯场效应管的核酸检测微流控芯片，其特征在于，包括基底(1)和微流通道片(2)，所述基底(1)上设置有源极(11)、漏极(12)、第一电极(13)和第二电极(14)，所述源极(11)与所述第一电极(13)电连接，所述漏极(12)与所述第二电极(14)电连接，所述第一电极(13)和第二电极(14)之间通过石墨烯层(3)连接，所述石墨烯层(3)的上表面修饰有纳米金颗粒，所述微流通道片(2)覆盖在所述石墨烯层(3)上方，所述微流通道片(2)上设置有微流通道(21)、进液口(22)、出液口(23)和电极插口(24)，并且所述进液口(22)、出液口(23)和电极插口(24)均与所述微流通道(21)连通，所述电极插口(24)内插接有金属电极丝(241)，所述微流通道(21)位于所述第一电极(13)和第二电极(14)之间，第一电极(13)和第二电极(14)的连线与所述微流通道(21)相对垂直，所述微流通道(21)还与所述石墨烯层(3)连通。2.根据权利要求1所述的基于石墨烯场效应管的核酸检测微流控芯片，其特征在于，所述第一电极(13)、第二电极(14)、源极(11)和漏极(12)的结构相同，均由粘附层以及覆盖于粘附层上方的导电层制成，并且所述粘附层位于所述基底(1)上。3.根据权利要求2所述的基于石墨烯场效应管的核酸检测微流控芯片，其特征在于，所述粘附层为铬层，所述导电层为金层；或者所述粘附层为钛层，所述导电层为铂层。4.根据权利要求2所述的基于石墨烯场效应管的核酸检测微流控芯片，其特征在于，所述第一电极(13)和第二电极(14)之间的距离为0.2mm～0.6mm。5.根据权利要求1所述的基于石墨烯场效应管的核酸检测微流控芯片，其特征在于，所述基底(1)是硅片或者玻璃载玻片。6.根据权利要求1所述的基于石墨烯场效应管的核酸检测微流控芯片，其特征在于，所述进液口(22)、出液口(23)和电极插口(24)均为圆柱形，且进液口、出液口和电极插口的直径均为0.8mm。7.根据权利要求1所述的基于石墨烯场效应管的核酸检测微流控芯片，其特征在于，所述微流通道(21)的宽度为0.1mm～0.4mm，高度0.01mm～0.1mm，长度为0.5cm～3cm。8.根据权利要求6所述的基于石墨烯场效应管的核酸检测微流控芯片，其特征在于，所述金属电极丝(241)...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱红伟，石峰，王国东，张影，张中卫，王昊，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41