基于七(6-巯基-6-去氧)-β-环糊精的L-半胱氨酸传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于七(6‑巯基‑6‑去氧)‑β‑环糊精的L‑半胱氨酸传感器，所述传感器包括场效应晶体管，所述场效应晶体管上设有栅极延长的金电极，所述栅极延长的金电极中，所述栅极部分延长0.1—500mm的距离，金电极的金膜层(10)表面组装有七(6‑巯基‑6‑去氧)‑β‑环糊精膜(12)。本实用新型专利技术将七(6‑巯基‑6‑去氧)‑β‑环糊精((HS)7‑β‑CD)修饰在栅极延长出来的金电极的金膜层表面上，形成一种简易的(HS)7‑β‑CD自组装膜延长栅金电极(G‑GE)，利用场效应晶体管原位信号的放大作用对L‑半胱氨酸(L‑Cys)实现灵敏检测，线性范围为5.0×10

L-cysteine sensor based on heptamercapto-6-deoxy-beta-cyclodextrin

【技术实现步骤摘要】
基于七(6-巯基-6-去氧)-β-环糊精的L-半胱氨酸传感器
本技术属于化学/生物传感
，具体涉及一种基于七(6-巯基-6-去氧)-β-环糊精的L-半胱氨酸传感器，即一种选择性膜电位型传感器，适用于健康养殖与生命科学方面的检测。
技术介绍
β-环糊精(β-Cyclodextrin，简称β-CD)是由七个吡喃葡萄糖单元组成的环状低聚糖。由于β-CD具有外缘亲水部分的(Rim)，以及疏水部分的内腔(Cavity)，因而它能够像酶一样，能够提供一个环糊精疏水而外部亲水的的结合部位，使其可作为主体(Host)依据范德华力、疏水相互作用力、空间效应、氢键等以合作的形式，形成一种主客体分子间的包合作用与许多无机离子、有机小分子以及气体分子等客体(Guest)形成包合物，从而实现选择性识别。这种选择性的包络作用使得主体与客体之间通过，形成一种主客体包络物(Host-GuestComplex)，从而实现对客体分子的超分子识别，因而使其成为许多领域，如生物、无机、有机、制药、材料化学、分离科学等领域的研究对象。由于其对客体分子有进行识别和选择的能力，已成功地应用于有机分子与-环糊精疏水空腔的选择性缔合，并用于开发不同类型的传感器。已经发现β-CDs加入到溶液中或者与电极表面结合，可以引起显著的电化学反应变化。此外，多功能化改性CDs也可用于传感分析，如胆固醇选择性分析，以及受控疏水药物传递。而其在电化学传感分析领域的研究应用还不够成熟，部分国内外的研究学者结合了电化学传感器与改性环糊精的优点，从而改善体系了的选择性，如Stefan等用环糊精、麦芽糖糊精、抗生素及其衍生物修饰碳糊电极的电化学生物传感器，用于药物分析。Ozoemena等利用环糊精及其衍生物修饰碳糊电极实现对L-脯氨酸的检测；Raluca-Ioana等利用富勒烯及其衍生物修饰碳糊电极，实现对L-组氨酸的手性识别。到目前为止，还没有发现报道基于β-环糊精巯基官能化膜电极测定L-半胱氨酸的电位型电化学传感器。
技术实现思路
本技术旨在克服现有技术的不足，提供一种基于七(6-巯基-6-去氧)-β-环糊精的L-半胱氨酸传感器。为了达到上述目的，本技术提供的技术方案为：所述基于七(6-巯基-6-去氧)-β-环糊精的L-半胱氨酸传感器包括场效应晶体管，所述场效应晶体管上设有栅极延长的金电极，所述栅极延长的金电极中，所述栅极部分延长0.1—500mm的距离，金电极的金膜层(10)表面组装有七(6-巯基-6-去氧)-β-环糊精膜(12)。其中，所述场效应晶体管包括Si基底层(1)和设于Si基底层(1)上的多晶硅栅极(7)；所述Si基底层(1)上植入p阱(2)和N型衬底(3)，所述p阱(2)处设有源电极(4)和漏电极(5)，被植入p阱(2)和N型衬底(3)并构建有源电极(4)和漏电极(5)的Si基底层(1)上设有二氧化硅层(6)；所述多晶硅栅极(7)的基底层上依次镀上铝铜合金层(8)、铬钯合金层(9)和金膜层(10)；在多晶硅栅极(7)的基底层和二氧化硅层(6)上还设有氮化硅层(11)。所述铝铜合金层(8)的厚度为20—600nm，铬钯合金层(9)的厚度为20—600nm，金膜层(10)的厚度为20—1000nm。所述传感器对L-半胱氨酸(13)具有良好的能斯特响应关系，线性范围为5.0×10-8—1.0×10-4mol/L，响应灵敏度为62.92mV/pC(25℃)，检出限为3.2×10-8mol/L。所述基于上述传感器的L-半胱氨酸的检测方法包括如下步骤：(1)在场效应晶体管的Si基底层(1)上植入p阱(2)和N型衬底(3)，采用热蒸发和磁控溅射技术在p阱(2)处构建源电极(4)和漏电极(5)，然后在被植入p阱(2)和N型衬底(3)并构建有源电极(4)和漏电极(5)的Si基底层(1)上构建二氧化硅层(6)，再采用热蒸发和磁控溅射技术在多晶硅栅极(7)的基底层上依次镀上铝铜合金层(8)、铬钯合金层(9)和金膜层(10)，最后在多晶硅栅极(7)的基底层和二氧化硅层(6)上构建氮化硅层(11)；将栅极部分延长0.1—500mm的距离，制得具有栅极金电极的延长栅场效应晶体管；(2)制备七(6-巯基-6-去氧)-β-环糊精的氢氧化钠溶液，并将抛光和清洗后的延长栅场效应晶体管的栅极金电极浸泡于其中，然后洗净浸泡后的栅极金电极，制得七(6-巯基-6-去氧)-β-环糊精膜(12)修饰的七(6-巯基-6-去氧)-β-环糊精膜栅极金电极；(3)将参比电极、七(6-巯基-6-去氧)-β-环糊精膜栅极金电极与延长栅场效应晶体管的电极接口相连形成双高阻差分放大电路，将参比电极、七(6-巯基-6-去氧)-β-环糊精膜栅极金电极插入PBS缓冲溶液中，将延长栅场效应晶体管的电源接口分别与稳压电源的正负极相连，将延长栅场效应晶体管的信号输出接口与万用电表的测试端口相连，由此构成一个完整的传感检测回路；利用场效应晶体管的原位信号放大作用，可灵敏检测体系的电位变化；作为工作电极的七(6-巯基-6-去氧)-β-环糊精膜栅极金电极在PBS缓冲溶液的电位会随着时间的增加而逐渐趋向于稳定，待电位稳定后加入含有不同浓度L-半胱氨酸(13)的待测样品，进而获得相应的电位响应数据，完成待测样品中L-半胱氨酸(13)的检测。优选地，步骤(1)中，用热蒸发和磁控溅射技术在多晶硅栅极(7)的基底层上依次镀上铝铜合金层(8)、铬钯合金层(9)和金膜层(10)时，采用Si3N4进行钝化；铝铜合金层(8)包括如下重量份的组分：Al40—68、Cu30—60、Ni2—12、Fe1—8、Ti1—6、Nb0.01—0.50；铬钯合金层(9)包括如下重量份的组分：Cr40—80、Pd10—40、Ni2—12、Fe1—8、Ti1—6、Nb0.01—0.50；铝铜合金层(8)的厚度为20—600nm，铬钯合金层(9)的厚度为20—600nm，金膜层(10)的厚度为20—1000nm。优选地，步骤(2)中是制备1.0—20.0mmol/L的七(6-巯基-6-去氧)-β-环糊精的氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.01—1.0mol/L。步骤(2)中是依次用超纯水和无水乙醇清洗延长栅场效应晶体管的栅极金电极。步骤(2)中栅极金电极浸泡于七(6-巯基-6-去氧)-β-环糊精的氢氧化钠溶液中的时间为1—48h。步骤(2)中是用无水乙醇和超纯水洗净浸泡后的栅极金电极，并进行干燥、保存。优选地，步骤(3)中的参比电极为双盐桥饱和甘汞电极或内置饱和KCl溶液的Ag/AgCl电极，工作电极为七(6-巯基-6-去氧)-β-环糊精膜栅极金电极。步骤(3)中的PBS缓冲溶液为pH3.0—9.0、浓度为0.1mol/L的磷酸盐缓冲溶液，pH值优选为6.0，其配制方法是先将氯化钠、磷酸二氢钠和磷酸氢二钠溶于超纯水，然后加盐酸通过pH计校正其pH值。下面对本技术作进一步说明：本技术将场效应晶体管(FET)的栅极金电极(G-GE)延长一定距离，如延伸0.1—500mm，在G-GE表面自组装上七(6-巯基-6-去氧)-β-环糊精((HS)7-β-CD)，形成一种可检测L-半胱氨酸的新型传感器。传感界面的电化学测试、XPS分析表明，(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于七(6‑巯基‑6‑去氧)‑β‑环糊精的L‑半胱氨酸传感器，所述传感器包括场效应晶体管，所述场效应晶体管上设有栅极延长的金电极，其特征在于，所述栅极延长的金电极中，所述栅极部分延长0.1—500 mm的距离，金电极的金膜层（10）表面组装有七(6‑巯基‑6‑去氧)‑β‑环糊精膜（12）。

【技术特征摘要】
1.基于七(6-巯基-6-去氧)-β-环糊精的L-半胱氨酸传感器，所述传感器包括场效应晶体管，所述场效应晶体管上设有栅极延长的金电极，其特征在于，所述栅极延长的金电极中，所述栅极部分延长0.1—500mm的距离，金电极的金膜层（10）表面组装有七(6-巯基-6-去氧)-β-环糊精膜（12）。2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述场效应晶体管包括Si基底层（1）和设于Si基底层（1）上的多晶硅栅极（7）；所述Si基底层（1）上植入p阱（2）和N型衬底（3），所述p阱（...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹忠，彭与煜，王煜，肖忠良，冯泽猛，印遇龙，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：新型
国别省市：湖南,43