基于石墨烯霍尔效应的DNA传感器和检测方法技术

本发明专利技术涉及基于石墨烯霍尔效应的DNA传感器和检测方法。具体地，本发明专利技术公开了一种DNA传感器，所述传感器包含绝缘基板和固定于所述绝缘基板上的石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜具有如下特征：1)所述石墨烯薄膜的表面粗糙度小于1.5nm；2)所述石墨烯薄膜的方块电阻小于1000Ω/sq；3)所述石墨烯薄膜的迁移率大于2000cm

DNA Sensor and Detection Method Based on Graphene Hall Effect

The present invention relates to DNA sensor and detection method based on graphene Hall effect. Specifically, the invention discloses a DNA sensor comprising an insulating substrate and a graphene film fixed on the insulating substrate. The graphene film has the following characteristics: 1) the surface roughness of the graphene film is less than 1.5 nm; 2) the square resistance of the graphene film is less than 1000_/sq; 3) the mobility of the graphene film is greater than 2000 cm.

【技术实现步骤摘要】
基于石墨烯霍尔效应的DNA传感器和检测方法
本专利技术涉及石墨烯DNA传感器测量
，具体地涉及基于石墨烯霍尔效应的DNA传感器和检测方法。
技术介绍
石墨烯，作为一种单原子层的二维材料，具有众多优异的性能，如：超高的电子迁移率、大的比表面积和优异的机械性能且具有生物兼容性等，由于石墨烯特殊的电学和形态，使得其载子传输非常容易受到外界环境的影响，单个分子吸附在表面，都能改变石墨烯的电性，使石墨烯在传感器领域具有广阔的应用前景。其中，用于在生物传感器领域检测葡萄糖、蛋白质、多巴胺和DNA。作为携带遗传信息的DNA分子，如果发生突变有可能导致细胞癌变，因此对DNA分子的特异性识别对于一些遗传疾病的早期诊断非常必要。目前，在DNA检测方面，有荧光检测法、电化学检测法、场效应晶体管检测法。荧光检测法是利用石墨烯能猝灭荧光的特性来检测DNA序列，这种检测方法不仅检测的样本有限，而且需要荧光标记，在检测灵敏度方面仍存在一定的局限性。在利用石墨烯的电学性能检测方面，其检测原理都是以电性变化为主，包含电压/电流改变，或是测其电阻、电导、电容、阻抗等。器件制备过程需要经过微纳加工工艺，且电化学方法的检出限非常低，往往只有10-7M的量级。而采用晶体管对DNA进行检测的器件，由于受到溶液德拜长度的影响，检测灵敏度和检出限均受到限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供基于石墨烯霍尔效应的DNA传感器和一种基于所述传感器的无需标记、可快速检测、检出限高达10-12M且不受德拜长度影响的检测方法。本专利技术的第一方面，提供了一种基于石墨烯霍尔效应的DNA传感器，所述传感器包含绝缘基板和固定于所述绝缘基板上的石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜具有如下特征：1)所述石墨烯薄膜的表面粗糙度小于1.5nm；2)所述石墨烯薄膜的方块电阻小于1000Ω/sq；3)所述石墨烯薄膜的迁移率大于1800cm2/V·s。在另一优选例中，所述石墨烯薄膜是如下制备的：在氢气气氛下，以气态碳源为石墨烯源材料，利用化学气相沉积法在第一基底表面生长石墨烯薄膜。在另一优选例中，所述气态碳源选自下组：甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、或其组合。在另一优选例中，在所述化学气相沉积法中，所述氢气和所述气态碳源的流量比为1-3：1-3。在另一优选例中，在所述化学气相沉积法中，沉积温度为900-1200℃，较佳地1000-1100℃。在另一优选例中，在所述化学气相沉积法中，在所述沉积温度下的沉积时间为10-60min，较佳地20-40min。在另一优选例中，所述第一基底选自下组：铜箔、镍箔、铁箔。在另一优选例中，所述第一基底的厚度为10-50μm。在另一优选例中，所述石墨烯薄膜的厚度为0.1－10nm，较佳地0.3－5nm，更佳地1－3nm。在另一优选例中，所述石墨烯薄膜是通过如下方法转移到所述绝缘基板表面的：a-1)提供第一刻蚀液和第二刻蚀液；a-2)在所述位于第一基底的石墨烯薄膜表面蒸镀保护层；a-3)将步骤a-2)所得产物置于第一刻蚀液中，以刻蚀处理所述第一基底；a-4)将步骤a-3)所得产物转移至绝缘基板；a-5)接着将步骤a-4)所得产物置于第二刻蚀液中，以刻蚀处理所述保护层，从而将所述石墨烯薄膜转移到绝缘基板上。在另一优选例中，所述第一刻蚀液选自下组：过硫酸铵溶液、氯化铁溶液、盐酸溶液、或其组合。在另一优选例中，所述第二刻蚀液选自下组：碘化钾溶液、硝酸溶液、盐酸溶液、或其组合。在另一优选例中，所述保护层选自下组：金膜、钯膜、铂膜、或其组合。在另一优选例中，所述保护层的厚度为20-200nm，较佳地30-150nm，更佳地50-100nm。在另一优选例中，所述石墨烯薄膜是如下固定于所述绝缘基板上的：在所述石墨烯薄膜与所述绝缘基板接触的边界上通过涂抹银胶实现所述石墨烯薄膜与所述绝缘基板的固定。在另一优选例中，所述绝缘基板选自下组：表面含氧化层的硅片、聚四氟乙烯、聚对苯乙二酸乙二醇酯。在另一优选例中，所述石墨烯薄膜的表面设置有用于霍尔测试的电极，优选地，电极的个数为四个。在另一优选例中，所述电极由选自下组的材料制成：铜、银、铟。在另一优选例中，所述电极使用硅胶进行保护。在另一优选例中，在所述石墨烯薄膜的边界设置有一圈沟槽，用于盛载DNA溶液。本专利技术的第二方面，提供了一种基于石墨烯霍尔效应的DNA的检测方法，所述方法包括如下步骤：b-1)在本专利技术第一方面所述传感器的石墨烯薄膜表面修饰探针DNA分子；b-2)使用待测DNA分子杂化所述探针DNA分子；b-3)测量所述传感器的选自下组的参数：载流子浓度、方块电阻、载流子迁移率，将所述参数与标准曲线进行比对，得到待测DNA分子的浓度。在另一优选例中，所述探针DNA分子与所述待测DNA分子完全互补。在另一优选例中，所述探针DNA分子选自下组：5’TCG-TCG-TTT-TGT3’、5’CGT-TTT-GTC-GTT3’、5’AGG-TGG-CCG-CCC3’。在另一优选例中，所述待测DNA分子选自下组：3’AGC-AGC-AAA-ACA5’、3’GCA-AAA-CAG-CAA5’、3’TCC-AGC-GGC-GGG5’。在另一优选例中，步骤b-2)中，所述杂化的杂化时间为0.1-5h，较佳地0.3-4h，更佳地0.5-3.5h。在另一优选例中，步骤b-3)中，所述比对是指将所述参数与“所述参数与待测DNA分子的浓度的标准曲线”进行比对。在另一优选例中，所述检测方法的检出限≤10-10M，较佳地≤10-11M，更佳地≤10-12M。本专利技术的第三方面，提供了一种装置，所述装置包含本专利技术第一方面所述传感器。应理解，在本专利技术范围内中，本专利技术的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。附图说明图1为实施例1步骤(2)中转移至绝缘基板上的石墨烯薄膜的拉曼图。图2为实施例1步骤(2)中转移至绝缘基板上的石墨烯薄膜的原子力显微镜图。图3为实施例1步骤(3)所得石墨烯霍尔器件(即DNA传感器1)和步骤(4)的霍尔效应测试图。图4为实施例1步骤(4)所得载流子浓度随DNA浓度变化关系图，即所得标准曲线。具体实施方式本专利技术人经过长期而深入的研究，通过采用化学气相沉积法结合金膜转移法制备得到一种基于石墨烯霍尔效应的DNA传感器，基于所述传感器可实现无需标记、快速检测、检出限高达10-12M且不受德拜长度影响的对DNA的检测方法。在此基础上，专利技术人完成了本专利技术。基于石墨烯霍尔效应的DNA传感器本专利技术提供了一种基于石墨烯霍尔效应的DNA传感器，所述传感器包含绝缘基板和固定于所述绝缘基板上的石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜具有如下特征：1)所述石墨烯薄膜的表面粗糙度小于1.5nm；2)所述石墨烯薄膜的方块电阻小于1000Ω/sq；3)所述石墨烯薄膜的迁移率大于2000cm2/V·s。在本专利技术中，所述石墨烯薄膜是如下制备的：在氢气气氛下，以气态碳源为石墨烯源材料，利用化学气相沉积法在第一基底表面生长石墨烯薄膜。在另一优选例中，所述气态碳源包括(但并不限于)下组：甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、或其组合。在另一优选例中，在所述化学气相沉积法中，所述氢气和所述气态碳源的流量比为1-3：1-3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于石墨烯霍尔效应的DNA传感器，其特征在于，所述传感器包含绝缘基板和固定于所述绝缘基板上的石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜具有如下特征：1)所述石墨烯薄膜的表面粗糙度小于1.5nm；2)所述石墨烯薄膜的方块电阻小于1000Ω/sq；3)所述石墨烯薄膜的迁移率大于1800cm2/V·s。

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯霍尔效应的DNA传感器，其特征在于，所述传感器包含绝缘基板和固定于所述绝缘基板上的石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜具有如下特征：1)所述石墨烯薄膜的表面粗糙度小于1.5nm；2)所述石墨烯薄膜的方块电阻小于1000Ω/sq；3)所述石墨烯薄膜的迁移率大于1800cm2/V·s。2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述石墨烯薄膜是如下制备的：在氢气气氛下，以气态碳源为石墨烯源材料，利用化学气相沉积法在第一基底表面生长石墨烯薄膜。3.如权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述石墨烯薄膜是通过如下方法转移到所述绝缘基板表面的：a-1)提供第一刻蚀液和第二刻蚀液；a-2)在所述位于第一基底的石墨烯薄膜表面蒸镀保护层；a-3)将步骤a-2)所得产物置于第一刻蚀液中，以刻蚀处理所述第一基底；a-4)将步骤a-3)所得产物转移至绝缘基板；a-5)接着将步骤a-4)所得产物置于第二刻蚀液中，以刻蚀处理所述保护层，从而将所述石墨烯薄膜转移到绝缘基板上。4.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：林正得，江南，吴冬芹，李小晴，叶辰，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33