一种用于检测染料分子的传感器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种用于检测染料分子的传感器及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
一种用于检测染料分子的传感器及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于传感器
，尤其涉及一种用于检测染料分子的传感器及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]罗丹明
6G
常被用于作为荧光探针以检测水体中的
Fe
3+
、Hg
2+
等重金属离子，由于罗丹明
6G
分子尺寸较小可以通过皮肤直接进入人体，易引起过敏
、
皮炎等症状；而孔雀石绿和结晶紫常被用于防治鱼类传染病，排放到水体环境中不仅会造成环境污染，残留在鱼类脂肪中若被人类食用更是有致畸致癌风险
。
以上三类染料也常作为着色剂被应用在纺织等众多行业中
。
因此，对包括以上三类染料分子在内的染料分子进行检测，对环境保护及人类健康具有重大意义
。
[0003]当前检测染料分子的技术有表面增强拉曼光谱法
、
免疫层析法和高效液相色谱法
(
包括液相色谱荧光法
、
液相色谱串联质谱法
)。
高效液相色谱法适用于在混合物中对染料进行分析测定，但其所需用到的大型昂贵仪器无法满足当前对现场分析的需求
、
限制了其作为普遍方法用于检测染料分子；免疫层析法能实现高特异性
、
短时间的检测，但由于标记物成分可能会产生其他不必要的背景信号从而影响检测较低浓度的染料分子；表面增强拉曼光谱法能够进行无标记
、
高效检测，但其因依赖昂贵的基底而并不适用于实际应用中的检测
。
近年来，场效应晶体管
(Field Effect Transistors
，
FETs)
由于具有体积小
、
功耗低
、
高输入电阻和低噪声等优点逐渐被应用于传感领域
。
场效应晶体管
(FETs)
是一种半导体器件，由源极
、
漏极
、
栅极和沟道材料组成，其原理是利用外部电场控制半导体中导电类型和电导率的变化，从而实现信号的放大和开关控制
。
[0004]现有检测生物分子的场效应晶体管传感器，通常是在二维材料表面进行功能化修饰，如
Walters
等
(Real
‑
time detection of hepatitis B surface antigen using a hybrid graphene
‑
gold nanoparticle biosensor)
将金纳米颗粒通过
DNA
寡核苷酸杂交与部分互补的
ssDNA
序列连接在石墨烯表面，另一部分通过
π
‑
π
堆叠与石墨烯底物结合，监测不同浓度下的电阻变化以检测乙肝表面抗原分子
。
然而这种对生物分子进行间接识别的方式对二维材料本身输运性质的影响较小，操作复杂且成本较高
。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种用于检测有机染料分子的传感器，能够对染料分子进行快速
、
廉价和无标记的现场检测
。
[0006]本专利技术的目的之二在于提供一种上述传感器的制备方法
。
[0007]本专利技术的目的之三在于提供一种染料分子的检测方法
。
[0008]本专利技术的目的之四在于提供一种检测试剂盒
。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
[0010]本专利技术的第一方面提供了一种用于检测有机染料分子的传感器，所述传感器包括
层叠的基体和二硫化钼层，所述二硫化钼层的两端设置有沟道，所述沟道中设置有源极和漏极
。
[0011]场效应晶体管传感器是由源
(Source)、
漏
(Drain)、
栅
(Gate)
电极组成的
N
型半导体器件，当栅极施加的电压为零时，
N
型半导体中的电子可以自由地流动，形成导电通道，电流可以从源极流入漏极
。
本专利技术提供了一种基于二硫化钼场效应晶体管的传感器，当传感器浸泡在含有不同浓度的染料分子水溶液时，染料分子的敏化导致二硫化钼通道中载流子传输发生变化
。
由于染料分子吸附在二硫化钼上之后，染料分子与二硫化钼之间发生不同程度
、
不同方向的电荷转移，因而对其固有的电荷输运性质产生一定的影响效果，随着染料分子浓度的变化输出为强度随之变化的电流信号，能够提供对染料分子快速
、
廉价和无标记的检测，最低检测限可达
10
‑9M。
[0012]本专利技术所采用的二硫化钼具有较高的灵敏度和环境稳定性
。
相比于传感领域中广泛应用的二维材料石墨烯，由于二硫化钼是半导体材料，弥补了石墨烯材料由于零带隙特性带来的较高暗电流导致的响应度偏低的缺点，其灵敏度远超过基于石墨烯的灵敏度；而相比于具有优异的电传输性能的半导体材料黑磷，二硫化钼因其紧密排列的六方晶体结构而具有优良的环境稳定性
。
[0013]在本专利技术的具体实施方式中，所述沟道贯穿所述二硫化钼层，所述源极和漏极分别与基体相连接
。
[0014]优选地，所述传感器中，源极和漏极均为
Cr/Au
复合材料；进一步优选地，所述
Cr/Au
复合材料包括层叠的
Cr
层和
Au
层
。
[0015]优选地，所述
Cr/Au
复合材料中，
Cr
层的厚度为5～
50nm
；进一步优选为
10
～
40nm
；更进一步优选为
20
～
30nm。
[0016]优选地，所述
Cr/Au
复合材料中，
Au
层的厚度为
40
～
90nm
；进一步优选为
50
～
80nm
；更进一步优选为
60
～
70nm。
[0017]优选地，所述传感器中，二硫化钼层的厚度为5～
40nm
；进一步优选为
10
～
30nm
；更进一步优选为
15
～
25nm。
[0018]优选地，所述传感器中，二硫化钼层由包括以下步骤的制备方法制得：使用机械剥离法制得二硫化钼薄片，将所述二硫化钼薄片移至基体上；对二硫化钼薄片进行刻蚀，得到两端设置有沟道的二硫化钼层
。
[0019]机械剥离法可以制备高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于检测染料分子的传感器，其特征在于，所述传感器包括层叠的基体和二硫化钼层，所述二硫化钼层的两端设置有沟道，所述沟道中设置有源极和漏极
。2.
根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述源极和漏极均为
Cr/Au
复合材料；所述
Cr/Au
复合材料包括层叠的
Cr
层和
Au
层；所述
Cr
层的厚度为5～
50nm
；所述
Au
层的厚度为
40
～
90nm。3.
根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述二硫化钼层的厚度为5～
40nm
；所述沟道的间距为3～
15nm。4.
根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述基体包括层叠的
Si
和
SiO2；所述基体的厚度为
250
～
350nm。5.
权利要求1～4任一项所述的传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：使用机械剥离法制得二硫化钼薄片，将所述二硫化钼薄片移至基体上；对二硫化钼薄片进行刻蚀，得到两端设置有沟道的二硫化钼...

【专利技术属性】
技术研发人员：包宇，罗一语，牛利，郭志男，韩冬雪，寇翠云，胡海国，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：