一种石墨烯晶体管无标记DNA传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯晶体管DNA传感器，包括衬底和设置于所述衬底上的栅极、源极和漏极；所述源极和漏极之间设置有石墨烯沟道；所述栅极表面固定有碳点。本发明专利技术将碳点固定在石墨烯晶体管栅电极表面，然后将单链探针DNA连接在碳点上，单链DNA可以与溶液中的互补DNA发生互补配对，从而改变晶体管与样本溶液之间的双电层界面特性，使石墨烯沟道中的电流发生变化，通过检测沟道中的电流变化，可以检测溶液中的微量DNA；本发明专利技术提供的石墨烯晶体管无标记DNA传感器的操作电压低于1V，DNA的最低检测限能够达到10

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯晶体管无标记DNA传感器及其制备方法
本专利技术涉及生物传感器
，特别涉及一种石墨烯晶体管无标记DNA传感器及其制备方法。
技术介绍
随着纳米技术的发展，许多基于纳米材料的化学和生物传感器或电子器件受到广泛的研究，石墨烯由于其独特的物理特性，在化学和生物传感器中被认为是一种很有前途的材料。脱氧核糖核酸(缩写为DNA)是生物细胞内含有的四种生物大分子之一核酸的一种。DNA携带有合成RNA和蛋白质所必需的遗传信息，是生物体发育和正常运作必不可少的生物大分子。DNA诊断学在许多领域显示出巨大的科学和经济价值。它在基因表达监测、临床医学、病毒和细菌鉴定、生物武器和生物恐怖分子检测等方面具有重要的应用价值。然而，如果不使用耗时的放射性标记分析和不可携带的共聚焦荧光显微镜，检测核酸分子，尤其是短DNA链是很有挑战性的。因此，设计可以有效检测生物体内DNA的生化传感器具有重大意义。在石墨烯晶体管的器件中，DNA探针和纳米材料功能化促进了高灵敏度和选择性的DNA检测的实现。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种石墨烯晶体管铜DNA传感器及其制备方法和应用。本专利技术提供的石墨烯晶体管铜DNA传感器操作简单，使用方便，可用于检测极低浓度的DNA，灵敏度高，DNA的最低检测限能达到10-14M。本专利技术提供了一种石墨烯晶体管DNA传感器，包括衬底和设置于所述衬底上的栅极、源极和漏极；所述源极和漏极之间设置有石墨烯沟道；所述栅极表面固定有碳点。优选的，所述石墨烯沟道的宽度为0.2～0.3mm，石墨烯沟道的长度为4～8mm。优选的，所述石墨烯沟道为单层石墨烯。优选的，所述栅极、源极和漏极独立地包括铬层和金层，所述铬层位于衬底和金层之间。优选的，所述铬层的厚度为6～12nm，所述金层的厚度为40～90nm。优选的，所述栅极表面碳点的固定量为10～30μg/mm2。本专利技术还提供了上述技术方案所述石墨烯晶体管DNA传感器的制备方法，包括以下步骤：(1)在衬底表面制备栅极、源极和漏极，使所述源极和漏极之间存在沟道；(2)将石墨烯平铺在源极和漏极之间的沟道上，得到石墨烯晶体管；(3)在所述步骤(2)得到的石墨烯晶体管的栅极表面固定碳点，得到石墨烯晶体管DNA传感器。优选的，所述步骤(1)中栅极、源极和漏极的制备包括：采用热蒸发镀膜法在衬底表面依次蒸镀铬层和金层。优选的，所述步骤(3)中制备碳点的制备包括：海藻酸钠、乙二胺和去离子水在反应釜中进行水热反应制得。优选的，所述步骤(3)中固定碳点的方法包括：在所述步骤(2)所得石墨烯晶体管中栅极的表面修饰羧基后进行活化处理；将碳点分散液涂覆在活化处理后的栅极表面。本专利技术还提供了上述技术方案所述石墨烯晶体管DNA传感器或按照上述技术方案制备的石墨烯晶体管DNA传感器在DNA检测中的应用。本专利技术提供了一种石墨烯晶体管DNA传感器，包括电子级玻璃和设置于所述电子级玻璃上的栅极、源极和漏极；所述源极和漏极之间设置有石墨烯沟道；所述栅极表面固定有碳点。本专利技术将碳点固定在石墨烯晶体管栅电极表面，碳点能够吸附溶液中的DNA，从而改变晶体管与样本溶液之间的双电层界面特性，使石墨烯沟道中的电流发生变化，通过检测沟道中的电流变化，可以检测溶液中的微量DNA；本专利技术提供的石墨烯晶体管DNA传感器直接浸没于电解质中即可进行DNA检测，是一种无标记检测的方法，操作简单，成本低；本专利技术提供的石墨烯晶体管DNA传感器的三电极结构和石墨烯沟道，使其对电压的变化感应非常强，很小的电压变化就会引起相应的电流变化，灵敏度高；利用输入栅极的电压来控制石墨烯沟道电流，降低了操作电压。实验结果表明，本专利技术提供的石墨烯晶体管DNA传感器的操作电压低于1V，DNA的最低检测限能够达到10-14M，只要改变DNA浓度改变程度大于10-14M，传感器的电流就会即时发生变化，灵敏度非常高。附图说明图1为本专利技术实施例中石墨烯晶体管DNA传感器的原理图；图2为本专利技术实施例中石墨烯晶体管DNA传感器的制备过程示意图；图3为本专利技术实施例1中石墨烯晶体管DNA传感器中三电极结构的示意图；图4为本专利技术实施例3中石墨烯晶体管DNA传感器检测DNA浓度时的转移特性曲线；图5为本专利技术实施例3中石墨烯晶体管DNA传感器检测DNA浓度时的输出特性曲线；具体实施方式本专利技术提供了一种石墨烯晶体管DNA传感器，包括衬底和设置于所述衬底上的栅极、源极和漏极；所述源极和漏极之间设置有石墨烯沟道；所述栅极表面固定有碳点；所述碳点连接有单链探针DNA。本专利技术提供的石墨烯晶体管DNA传感器包括衬底。本专利技术对所述衬底的种类和来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的传感器用衬底即可。在本专利技术的具体实施例中，所述衬底优选为电子级玻璃、硅片或PET，更优选为电子级玻璃；在本专利技术中，所述电子级玻璃优选为GL-10173-1.1。本专利技术对所述衬底的尺寸没有特殊的限定，根据器件大小进行调整即可。在本专利技术中，所述衬底的长和宽优选独立地优选为10～15mm，更优选为12mm；所述衬底的厚度优选为2mm。本专利技术提供的石墨烯晶体管DNA传感器包括设置于所述衬底上的栅极、源极和漏极。在本专利技术中，所述栅极、源极和漏极优选顺次间隔设置于衬底的同一个表面上；本专利技术对所述栅极、源极和漏极的具体位置没有特殊要求，根据本领域技术熟知位置进行设置即可。在本专利技术中，所述源极和漏极之间优选形成宽度为0.25～0.35mm的沟道。本专利技术对所述栅极、源极和漏极的形状没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的电极的形状即可。在本专利技术中，所述栅极、源极和漏极优选独立地包括铬层和金层，所述铬层位于衬底和金层之间。在本专利技术中，所述栅极、源极和漏极中铬层的厚度独立地优选为8～11nm，更优选为8nm；所述栅极、源极和漏极中金层的厚度独立地优选为40～70nm，更优选为70nm。在本专利技术中，所述铬层使金层牢固地附着于衬底表面，避免后期操作中金层的脱落。在本专利技术中，所述栅极、源极和漏极的三电极结构使DNA检测过程中能够利用输入栅极的电压来控制沟道电流，实现低于1V的操作电压。本专利技术提供的石墨烯晶体管DNA传感器包括设置于所述源极和漏极之间的石墨烯沟道。在本专利技术中，上述技术方案所述源极和漏极之间形成的沟道即为石墨烯沟道。在本专利技术中，所述石墨烯沟道的宽度优选为0.25～0.35mm，更优选为0.25mm；所述石墨烯沟道的长度优选为5～8mm，更优选为5mm。在本专利技术中，所述石墨烯优选填充满源极和漏极之间的空隙。在本专利技术中，所述石墨烯沟道优选为单层石墨烯。在本专利技术中，所述石墨烯沟道能够增大传感器的灵敏度。本专利技术提供的石墨烯晶体管DNA传感器包括固定于栅极表面的碳点。在本专利技术中，所述碳点为具有单分散特性、类似球形的碳纳米材料；所述栅极表面碳点的固定量优选为10～15μg/mm2，更优选为15μg/mm2。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯晶体管DNA传感器，包括衬底和设置于所述衬底上的栅极、源极和漏极；所述源极和漏极之间设置有石墨烯沟道；所述栅极表面固定碳点，单链探针DNA连接在碳点上，检测互补的DNA。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯晶体管DNA传感器，包括衬底和设置于所述衬底上的栅极、源极和漏极；所述源极和漏极之间设置有石墨烯沟道；所述栅极表面固定碳点，单链探针DNA连接在碳点上，检测互补的DNA。


2.根据权利要求1所述的石墨烯晶体管DNA传感器，其特征在于，所述石墨烯沟道的宽度为0.25～0.35mm，石墨烯沟道的长度为5～8mm。


3.根据权利要求1或2所述的石墨烯晶体管DNA传感器，其特征在于，所述石墨烯沟道为单层石墨烯。


4.根据权利要求1所述的石墨烯晶体管DNA传感器，其特征在于，所述栅极、源极和漏极独立地包括铬层和金层，所述铬层位于衬底和金层之间。


5.根据权利要求4所述的石墨烯晶体管DNA传感器，其特征在于，所述铬层的厚度为8～11nm，所述金层的厚度为40～70nm。


6.根据权利要求1所述的石墨烯晶体管DNA传感器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金华，范钦，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42