一种基于3-巯基丙酸修饰栅极金电极的L-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3‑巯基丙酸修饰栅极金电极的L‑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，金电极表面组装有3‑巯基丙酸膜。本实用新型专利技术将3‑巯基丙酸(MPA)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MPA自组装延长栅金电极(GGE)，利用延长栅场效应晶体管原位信号的放大作用对L‑胱氨酸实现灵敏检测。所述传感器对L‑胱氨酸具有良好的能斯特响应关系，线性范围为5.00×10

A L-Cystine Sensor Based on 3-Mercaptopropionic Acid Modified Gate Gold Electrode

【技术实现步骤摘要】
一种基于3-巯基丙酸修饰栅极金电极的L-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3-巯基丙酸修饰栅极金电极的L-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在线检测。
技术介绍
人体细胞中有着许多含硫物质参与着重要的生命活动，比如L-胱氨酸(L-cystine)、L-半胱氨酸、L-甲硫氨酸等等。L-胱氨酸及其还原产物在生命体系中扮演者重要的角色。L-胱氨酸参与了胰岛素和血浆蛋白的合成，是头发和角蛋白构成的主要成分。L-胱氨酸是由两个半胱氨酸通过S键耦合在一起的结构。胱氨酸在人体内起着非常重要的作用，由于肾小管重吸收胱氨酸减少，尿液中的胱氨酸含量增加而造成的一种常染色体隐性遗传病，即胱氨酸尿症。胱氨酸尿症患者常常伴有胱氨酸结石，这种结石形状比较特殊一般为六方结晶体。胱氨酸结石通常比较大而且很容易复发，因此胱氨酸尿症患者可能需要接收多次结石清除手术。因胱氨酸结石术后极易复发、体外冲击波碎石术(ESWL)常不能将其粉碎、经皮肾镜取石术后(PCNL)残余结石率较高,故胱氨酸结石的治疗是一个非常棘手的问题。胱氨酸尿症治疗的主要目标是降低尿中胱氨酸浓度，提高胱氨酸在尿中的溶解度，促进排泄。氨基酸是构成动物和人类生命的重要物质，参与人类重要的生命活动，所以对于氨基酸的检测是十分必要的。对于氨基酸的检测，在很久以前，研究者们就已经构建了很多种方法，比如凯氏定氮法、气相色谱法、毛细管电泳法、高效液相色谱法等。但是这些仪器普遍都存在着操作复杂、仪器笨重等缺点，也不适宜对氨基酸进行在线监测，且不方便在户外使用，以至于近年来探索一种快速、简便的氨基酸检测方法是氨基酸领域研究的重要目标。相对于其他的化学分析或者仪器分析方法，电化学方法以其简单、灵敏、无放射、无污染、成本低等特点受到越来越多的研究者关注。电化学的分析方法不仅可以用于实验室的检测，而且还可以在户外使用。各种电化学技术如差分脉冲伏安法(DPV)，方波伏安法(SWV)、电化学阻抗谱(EIS)和离子选择性电极法(ISEs)，已被广泛用于各个领域。但，电位型电化学检测L-胱氨酸的方法还没有见报道。
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3-巯基丙酸修饰栅极金电极的L-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3-巯基丙酸修饰栅极金电极的L-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，即，栅极金电极，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3-巯基丙酸膜(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-胱氨酸(13)具有良好的能斯特响应关系，线性范围为5.00×10-8—1.00×10-4mol/L，响应灵敏度为27.20±1.5mV/-pc(25℃)，检出限为1.32×10-8mol/L。基于上述传感器的L-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3-巯基丙酸的乙醇溶液，并将清洗后的延长栅场效应晶体管的栅极金电极浸泡于其中，于25℃条件下静置，然后洗净浸泡后的栅极金电极，制得3-巯基丙酸膜(12)修饰的3-巯基丙酸膜栅极金电极；(3)将参比电极、3-巯基丙酸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、3-巯基丙酸膜栅极金电极插入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3-巯基丙酸膜栅极金电极在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-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-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3-巯基丙酸的乙醇溶液。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3-巯基丙酸的乙醇溶液中的时间为1—72h。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)中的参比电极为饱和甘汞电极或内置饱和KCl溶液的Ag/AgCl电极，工作电极为3-巯基丙酸膜栅极金电极。步骤(3)中的PBS缓冲溶液为pH3.0—8.0、浓度为0.1mol/L的磷酸盐缓冲溶液，pH值优选为5.0，其配制方法是将一定量的NaH2PO4·2H2O、Na2HPO4·12H2O、NaCl按适当比例混合溶于水，采用0.1mol/L的盐酸调节其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(GGE)延长一定距离，如延伸0.1—500mm，在GGE表面自组装上3-巯基丙酸(MPA)，形成一种可检测L-胱氨酸(L-cystine)的新型传感器。传感界面的SEM表征、电化学测试、XPS分析表明，在溶液中带负电荷的3-巯基丙酸通过静电作用吸附带正电荷的目标物L-胱氨酸，从而形成双电层结构而产生识别有机铵离子的膜电位。该电极在p本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于3‑巯基丙酸修饰栅极金电极的L‑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3‑巯基丙酸膜(12)。

【技术特征摘要】
1.一种基于3-巯基丙酸修饰栅极金电极的L-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3-巯基丙酸膜(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(2)处设有源电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹忠，李文锋，杨佳，肖忠良，朱钦，周立，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