一种磁场探测器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种磁场探测器及其制备方法，磁场探测器包括衬底以及设置在所述衬底上的栅极和至少一对源极和漏极，所述源极和所述漏极之间形成导电沟道，所述导电沟道为石墨烯，所述导电沟道上覆盖有蛋白膜保护层，所述蛋白膜保护层上连接有磁感应蛋白。本发明专利技术具有小型化，数字化以及可集成的优点，其能够增强放大生物磁感应蛋白对磁场激励信号的响应，且能够以高采样率和多位分辨率的数据采集系统实现磁感应蛋白与磁场强度之间的映射，能够检测的最弱磁场强度为10gs(1mT)。最弱磁场强度为10gs(1mT)。最弱磁场强度为10gs(1mT)。

【技术实现步骤摘要】
一种磁场探测器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及磁场探测领域，更具体地涉及一种磁场探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]自主式导航定位技术在国防，民生方面的应用需求日益增大，诸如在自然灾害区域等拒止环境下，非自主导航北斗，GPS等信号受阻无法完成定位，导航等功能。此时需要搭载有自主式导航单元的载具去完成相应的导航，定位功能。
[0003]目前正在研究发展的自主导航方式有惯性导航，偏振光导航，地磁导航等等。地磁场在跨度上亿万年时间尺度下的变化及其微弱，所以其是一个较好的稳定的图谱供给人类利用其进行地磁导航，目前地磁导航系统的基本磁场检测单元多为磁电传感器，磁通门，质子仪等。
[0004]但上述基本器件都存在着造价昂贵，不便于小型化等等限制。
[0005]经由动物行为学研究表明发现，动物能够利用地磁场进行定位导航。动物感应磁场利用磁场的关键核心为其视网膜上被称作磁感应蛋白的蛋白物质。近年来发现的生物磁感应蛋白被证实广泛存在于各类生物谱系中，其多在生物视网膜等视觉系统出表达。经过生物物理学实验证明，该蛋白聚合物以及复合物都具有明显的内禀磁矩，且拥有类似铁磁性的磁滞回线。并且通过超精细耦合光谱发现该蛋白复合物在地磁强度下(0.35gs～0.65gs)让其光谱发生劈裂意味着该蛋白物质能够感应微弱磁场。
[0006]受到这个理论的启发，急需开发一种新的地磁检测的路径，即利用生物磁感应蛋白作为换能核心，结合生化传感器研制一种仿生磁场检测器件。
[0007]目前，学界有报道基于生物磁感应蛋白的微流控芯片，该芯片利用电化学阻抗谱检测磁场刺激下磁感应蛋白空间构象变化而引起的阻抗变化，然而，由于其固定蛋白的方式是采用氧化还原石墨烯来偶联磁感应蛋白，该芯片的灵敏度、检测下限都只能验证生物磁感应蛋白是否能对磁场刺激做出响应。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种磁场探测器及其制备方法，其具有数字化、小型化和可集成等优点。
[0009]本专利技术一方面提供一种磁场探测器，包括衬底以及设置在所述衬底上的栅极和至少一对源极和漏极，所述源极和所述漏极之间形成导电沟道，所述导电沟道为石墨烯，所述导电沟道上覆盖有蛋白膜保护层，所述蛋白膜保护层上连接有磁感应蛋白。
[0010]进一步地，所述蛋白膜保护层由牛血清蛋白溶液在70～100℃下加热变性而形成。
[0011]进一步地，所述磁感应蛋白为MagR、Cry或MagR和Cry的复合物。
[0012]进一步地，所述栅极包括第一栅极和第二栅极，所述第一栅极设置为对所述导电沟道的电荷进行调制，所述第二栅极设置为监测所述第一栅极的电压。
[0013]本专利技术另一方面提供一种磁场探测器的制备方法，包括以下步骤：
[0014]S1：准备衬底，并在衬底上溅射金属，得到基片，所述基片包括衬底以及设置在所述衬底上的栅极和至少一对源极和漏极；
[0015]S2：将石墨烯转移到所述基片上；
[0016]S3：在所述石墨烯上覆盖蛋白膜保护层；
[0017]S4：在所述基片上将导电沟道图形化，并刻蚀去除多余的石墨烯及蛋白膜保护层，得到导电沟道；
[0018]S5：在所述蛋白膜保护层上连接磁感应蛋白。
[0019]进一步地，步骤S1进一步包括：
[0020]S11：使用带氧化层的硅片作为衬底，依次置入I～III号标准清洗液池中清洗，之后热烘除去水汽；
[0021]S12：将所述衬底放置在匀胶机上，以标准转速旋涂上正性光刻胶；
[0022]S13：将涂胶后的衬底置于热板上，以105℃的温度进行烘烤8分钟；
[0023]S14：对衬底进行曝光，使正性光刻胶的曝光区域的图形与栅极、源极和漏极的图形相同；
[0024]S15：在相应的碱性显影液中显影，将曝光区域的正性光刻胶洗掉；
[0025]S16：利用铟锡合金靶，以200～400W直流功率，100～200sccm流量的氩气在600～800℃下向所述衬底溅射钛和铜；
[0026]S17：将做好金属的衬底放入去胶液中，去胶液置于80℃热板上，去胶1～2小时，得到基片，所述基片包括衬底以及设置在所述衬底上的栅极和至少一对源极和漏极。
[0027]进一步地，步骤S2中，通过石墨烯湿法转移技术将石墨烯转移到所述基片上。
[0028]进一步地，步骤S3包括将所述基片置于匀胶机上，以500rpm～1000rpm转速旋转，然后缓慢将0.1g/ml的牛血清蛋白溶液倾倒在所述基片上，待所述牛血清蛋白溶液均匀铺在基片表面后，取下基片，并将其置于70～100℃热板上使蛋白溶液变性成膜，形成所述蛋白膜保护层。
[0029]进一步地，步骤S4进一步包括：
[0030]S41：将所述基片放置在匀胶机上，以标准转速旋涂上正性光刻胶；
[0031]S42：将所述基片在80℃～105℃热板烘烤5～8分钟；
[0032]S43：在光刻机下进行导电沟道的图形化，曝光区域为导电沟道区域以外的区域，导电沟道区域避光；
[0033]S44：在碱性显影液中去除曝光区域的正性光刻胶，以洗出导电沟道的图形；
[0034]S45：以氧气作为刻蚀气体进行等离子刻蚀；
[0035]S46：利用匀胶机涂覆光刻胶作为绝缘保护层。
[0036]进一步地，步骤S5包括：将EDC溶液，NHS溶液和MagR/Cry溶液按照体积比1：1：2配比成混合溶液，利用移液枪取20～100ul滴加在基片的导电沟道区域的蛋白膜保护层上，然后将基片置于孵育盒中在润湿黑暗环境下以37℃的孵育温度进行孵育1～2小时，在孵育完成后用磷酸缓冲液冲洗去未结合的MagR/Cry蛋白复合物，最后用1％的牛血清蛋白溶液封闭石墨烯表面多余的反应基团1～2小时。
[0037]本专利技术的磁场探测器及其制备方法，以石墨烯场效应晶体管为基本结构，在导电沟道上覆盖蛋白膜保护层，然后通过共价偶联将磁感应蛋白与覆盖在石墨烯上的蛋白保护
膜连接，相较于氧化还原石墨烯，其导电性能更高；利用导电沟道将磁感应蛋白响应于磁场的电荷转移检测出来，从而提高磁场检测的灵敏度。本专利技术具有小型化，数字化以及可集成的优点，其能够增强放大生物磁感应蛋白对磁场激励信号的响应，且能够以高采样率和多位分辨率的数据采集系统实现磁感应蛋白与磁场强度之间的映射，能够检测的最弱磁场强度为10gs(1mT)。
附图说明
[0038]图1为根据本专利技术实施例的磁场探测器的结构示意图；
[0039]图2为图1的剖视图；
[0040]图3示出了不同静磁场强度下，本专利技术实施例的磁场探测器及现有技术中的磁场探测器的漏极电流变化值；
[0041]图4为根据本专利技术实施例的磁场探测器的漏极电流变化率和静磁场强度之间的映射关系曲线图；
[0042]图5为根据本专利技术另一实施例的磁场探测器的制备方法的流程图；
[0043]图6为根据本专利技术另本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁场探测器，其特征在于，包括衬底以及设置在所述衬底上的栅极和至少一对源极和漏极，所述源极和所述漏极之间形成导电沟道，所述导电沟道为石墨烯，所述导电沟道上覆盖有蛋白膜保护层，所述蛋白膜保护层上连接有磁感应蛋白。2.根据权利要求1所述的磁场探测器，其特征在于，所述蛋白膜保护层由牛血清蛋白溶液在70～100℃下加热变性而形成。3.根据权利要求1所述的磁场探测器，其特征在于，所述磁感应蛋白为MagR、Cry或MagR和Cry的复合物。4.根据权利要求1所述的磁场探测器，其特征在于，所述栅极包括第一栅极和第二栅极，所述第一栅极设置为对所述导电沟道的电荷进行调制，所述第二栅极设置为监测所述第一栅极的电压。5.一种磁场探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：准备衬底，并在衬底上溅射金属，得到基片，所述基片包括衬底以及设置在所述衬底上的栅极和至少一对源极和漏极；S2：将石墨烯转移到所述基片上；S3：在所述石墨烯上覆盖蛋白膜保护层；S4：在所述基片上将导电沟道图形化，并刻蚀去除多余的石墨烯及蛋白膜保护层，得到导电沟道；S5：在所述蛋白膜保护层上连接磁感应蛋白。6.根据权利要求5所述的磁场探测器的制备方法，其特征在于，步骤S1进一步包括：S11：使用带氧化层的硅片作为衬底，依次置入I～III号标准清洗液池中清洗，之后热烘除去水汽；S12：将所述衬底放置在匀胶机上，以标准转速旋涂上正性光刻胶；S13：将涂胶后的衬底置于热板上，以105℃的温度进行烘烤8分钟；S14：对衬底进行曝光，使正性光刻胶的曝光区域的图形与栅极、源极和漏极的图形相同；S15：在相应的碱性显影液中显影，将曝光区域的正性光刻胶洗掉；S16：利用铟锡合金靶，以200～400W直流功率，100～200sccm流量的氩气在600～80...

【专利技术属性】
技术研发人员：程乾，周麟，葛玉卿，毛红菊，赵建龙，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：