一种生物传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种生物传感器及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种生物传感器及其制备方法、组装方法及应用


[0001]本专利技术属于生物传感器
，具体涉及一种生物传感器及其制备方法
、
组装方法及应用
。

技术介绍

[0002]近年来，类器官技术因具有成本低
、
时间短
、
生理相关度更高等优势而备受青睐
。
类器官作为体外模型，可以在很大程度模拟目标组织或器官的遗传特征和表观特征，在疾病发生机理
、
新靶点发现
、
诊疗新策略探索
、
药敏检测
、
新药研发
、
再生医学等多方向拥有广泛的应用前景
。
然而，类器官检测手段十分匮乏，活体观察主要集中在形态学观察，断点观察集中在基于荧光的各类指标的检测，能够活体实时对类器官各项指标进行检测的光学
、
电化学等手段仍较为欠缺
。
[0003]石墨烯以其单原子层结构及独特的能级，其载流子输运特性受表面化学状态影响，其电导或场效应电导具有强烈的表面吸附敏感性，传统的石墨烯生物传感器是以横向场效应晶体管
(LGFET)
结构为基础，利用石墨烯的易加工特性设计出多种生物传感器结构
。
基本原理为：待测样品溶液位于石墨烯表面，当生物分子非共价吸附在石墨烯表面后，其带电基团能够与石墨烯表面自由电荷相互作用，当自由电荷受束缚会影响到石墨烯内载流子分布从而产生静电掺杂作用，石墨烯表面电位和静电掺杂会影响石墨烯的电导性能，这与溶液中的待测分子浓度具有相关性
。
[0004]在
LGFET
应用于高灵敏度生物分子检测研究中，电流开关比是影响传感器信号放大的重要因素
。
传统石墨烯横向场效应结构的电流开关比偏低，不利于提高类器官活性无标记实时检测灵敏度
。
通过光刻蚀等方法减小石墨烯纳米带宽度和尺寸，可以进一步提高器件电流开关比，但加工难度增加，微加工制备纳米带重复性低，表面积的减小也意味着生物分子吸附能力下降
。
此外，目前以石墨烯场效应原理制备的生物传感器，多采用
SiO2栅介，介电常数相对较低，产生感应电荷的能力相对较弱，同时微纳加工步骤复杂和难度较大
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种生物传感器及其制备方法
、
组装方法及应用，制备方法简单，所制备的生物传感器能够实现快捷
、
高灵敏度的类器官活性无标记实时电化学检测
。
[0006]本专利技术提供了如下的技术方案：
[0007]第一方面，提供一种生物传感器，包括离子凝胶层
、
设于离子凝胶层表面的石墨烯层
、
设于石墨烯层表面的第一有机层和第一电极
、
设于第一有机层表面的第二有机层以及设于第二有机层表面的第二电极
。
[0008]进一步的，还包括封闭层，所述封闭层包覆于离子凝胶层
、
石墨烯层
、
第一有机层
、
第二有机层
、
第一电极和第二电极外部，所述第一电极和第二电极连接有伸出封闭层的引
线
。
[0009]进一步的，所述第一有机层和第二有机层均为富勒烯
C
60
，所述第一电极为金电极，所述第二电极为铝电极
。
[0010]第二方面，提供一种生物传感器的制备方法，包括：
[0011]将1‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双
(
三氟甲基磺酰
)
酰亚胺盐
([EMIM]TF2N)
离子液体加入溶有聚偏二氟乙烯
(PVDF)
的
N,N
‑
二甲基甲酰胺
(DMF)
溶液中，搅拌溶解，得到离子凝胶液，将离子凝胶液均匀涂覆于预处理后的玻璃基底表面，烘干，得到带有玻璃基底的离子凝胶层；
[0012]在石墨烯层表面依次蒸镀第一电极和第一有机层，并通过氧等离子刻蚀将未被第一有机层覆盖的石墨烯刻蚀掉，得到石墨烯
/
第一有机复合膜；
[0013]将石墨烯
/
第一有机复合膜转移至带有玻璃基底的离子凝胶层表面，然后在石墨烯
/
第一有机复合膜的表面和边缘蒸镀第二有机层，并在第二有机层表面蒸镀第二电极，得到
VGFET
结构；
[0014]对第一电极和第二电极进行引线处理，然后用液态聚二甲基硅氧烷
(PDMS)
覆盖于
VGFET
结构表面，固化后，分离出玻璃基底，得到生物传感器
。
[0015]进一步的，所述溶有
PVDF
的
DMF
溶液中
PVDF
与
DMF
的质量体积比为1：
(8
～
12)。
[0016]进一步的，所述
[EMIM]TF2N
离子液体与
PVDF
的质量比为1：
(3
～
5)。
[0017]进一步的，将
[EMIM]TF2N
离子液体加入溶有
PVDF
的
DMF
溶液中后，在
60℃
水浴条件下搅拌
5h
进行溶解
。
[0018]进一步的，所述玻璃基底的预处理方法包括：将玻璃基底放入酸洗溶液
(
浓硫酸：双氧水＝7：
3)
，
90℃
加热浸泡
1h
清洗其表面的有机残留物；取出后用去离子水清洗3次，放入丙酮中超声清洗
1h
使其表面疏水化，氮气吹干备用
。
[0019]进一步的，将涂覆有离子凝胶液的玻璃基底放置在加热板上烘干，烘干温度为
150℃
，烘干时间为
30min。
[0020]进一步的，所述石墨烯设于铜箔基底表面；通过氧等离子刻蚀将未被第一有机层覆盖的石墨烯刻蚀掉后，利用
FeCl3溶液腐蚀铜箔基底，使石墨烯与铜箔基底分离，得到石墨烯
/
第一有机复合膜
。
[0021]进一步的，所述石墨烯
/
第一有机复合膜清洗干净后，采用湿法转移至带有玻璃基底的离子凝胶层表面并烘干；所述湿法转移采用
30
％乙醇溶液作为溶液基质
。
[0022]进一步的，所述第一有机层和第二有机层均为富勒烯
C
60
，所述第一电极为金电极，所述第二电极为铝电极
。
[0023]进一步的，所述第一电极的蒸镀厚度为
50n本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种生物传感器，其特征在于，包括离子凝胶层
、
设于离子凝胶层表面的石墨烯层
、
设于石墨烯层表面的第一有机层和第一电极
、
设于第一有机层表面的第二有机层以及设于第二有机层表面的第二电极
。2.
根据权利要求1所述的生物传感器，其特征在于，还包括封闭层，所述封闭层包覆于离子凝胶层
、
石墨烯层
、
第一有机层
、
第二有机层
、
第一电极和第二电极外部，所述第一电极和第二电极连接有伸出封闭层的引线
。3.
根据权利要求1所述的生物传感器，其特征在于，所述第一有机层和第二有机层均为富勒烯
C
60
，所述第一电极为金电极，所述第二电极为铝电极
。4.
一种生物传感器的制备方法，其特征在于，包括：将
[EMIM]TF2N
离子液体加入溶有
PVDF
的
DMF
溶液中，搅拌溶解，得到离子凝胶液，将离子凝胶液均匀涂覆于预处理后的玻璃基底表面，烘干，得到带有玻璃基底的离子凝胶层；在石墨烯层表面依次蒸镀第一电极和第一有机层，并通过氧等离子刻蚀将未被第一有机层覆盖的石墨烯刻蚀掉，得到石墨烯
/
第一有机复合膜；将石墨烯
/
第一有机复合膜转移至带有玻璃基底的离子凝胶层表面，然后在石墨烯
/
第一有机复合膜的表面和边缘蒸镀第二有机层，并在第二有机层表面蒸镀第二电极，得到
VGFET
结构；对第一电极和第二电极进行引线处理，然后用液态
PDMS
覆盖于
VGFET
结构表面，固化后，分离出玻璃基底，得到生物传感器
。5.
根据权利要求4所述的生物传感器的制备方法，其特征在于，所述溶有
PVDF
的
DMF
溶液中
PVDF
与
DMF
的质量体积比为1：
(8
～
12)。6.
根据权利要求4所述的生物传感器的制备方法，其特征在于，所述
[EMIM]TF2N
离子液体与

【专利技术属性】
技术研发人员：顾忠泽，于文龙，宋航，
申请(专利权)人：江苏运动健康研究院，
类型：发明
国别省市：