一种基于碳纳米管场效应晶体管传感器结合制造技术

本发明专利技术提供了一种基于碳纳米管场效应晶体管传感器结合

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳纳米管场效应晶体管传感器结合DNA序列高灵敏性检测汞离子的方法


[0001]本专利技术涉及重金属的检测方法，更具体的是涉及一种基于碳纳米管场效应晶体管传感器结合
DNA
序列高灵敏性检测汞离子的方法
。

技术介绍

[0002]场效应晶体管
(Field
‑
effect transistor
，
FET)
是一种利用电场效应来控制输出电流大小的有源半导体器件
。
它由三个电极
(
源极
、
漏极和栅极
)、
薄绝缘层和半导体沟道组成
。
其中，识别元件和换能器是
FET
传感器的基本组成部分
。
[0003]在
FET
传感器中，半导体沟道层起着转导信号的关键作用，将识别元件与目标物之间的信号转换为电信号
。
常见的沟道层材料包括石墨烯
、
碳纳米管
(CNTs)、
硅纳米线等
。
由于其出色性能，如无标记检测
、
高灵敏性
、
快速响应和实时检测等优点，
FET
广泛应用于重金属离子检测领域
。
[0004]碳纳米管
(CNTs)
是一种具有优异结构柔韧性和流动性的纳米材料
。
它可以看作是由石墨烯曲卷而成的一维管状结构，并且具有大表面积
、<br/>高导电性
、
良好生物相容性以及促进电子转移等特点
。
功能化后的
CNTs
具有良好的溶解性和分散性，可以与各种生物分子官能化
。
[0005]在
FET
传感器中，碳纳米管作为半导体沟道层材料具有独特的优势
。
单壁碳纳米管
(SWNTs)
表现出非常高的载流子迁移率
、
导热性和机械性能
。
由于其原子厚度较薄且具有良好静电控制能力，
SWNTFET
提供较低的表面状态密度和更好的可扩展性
。
[0006]然而，在
SWNTFET
传感检测中，由于传感器输出信号微弱，并且适体与碳纳米管非特异结合以及环境噪声等因素会影响检测灵敏性和准确性
。

技术实现思路

[0007]为进一步提高汞离子检测的灵敏性，本专利技术提供了一种基于碳纳米管场效应晶体管传感器结合
DNA
序列高灵敏性检测汞离子的方法，具体方案如下：
[0008]一种基于碳纳米管场效应晶体管传感器结合
DNA
序列高灵敏性检测汞离子的方法，包括以下步骤：
[0009]S1
：采用
CVD
法在硅片表面制备出所需的
SWNTs
，在硅片表面热蒸镀金电极制备
SWNTFET
传感器；
[0010]S2
：用
DNA
和
GA
对
SWNTs
表面功能化，用于固定
DNA
序列；
[0011]S3
：在
DNA
序列多胸腺嘧啶的中间设计4个碱基桥接连段，且在其中一端修饰氨基基团，便于固定在功能化碳纳米管的表面；
[0012]S4
：向
SWNTFET
传感器中加入
Hg
2+
，一定浓度的
DNA
，保持一定的反应时间，控制
PH
，含有多胸腺嘧啶的
DNA
探针捕捉到
Hg
2+
后，
SWNTFET
传感器将
DNA
与
Hg
2+
的相互作用转换为电信号，结合锁相放大器检测电流的变化情况
。
[0013]进一步的，
S1
还包括以下子步骤：
[0014]S101、
准备硅片：将含有绝缘层的硅片放入含有浓硫酸和过氧化氢的培养皿中，在
100℃
下浸泡
2h
后倒掉培养皿中的液体，用纯水反复洗涤三次，每次
10min
，再用
N2吹干，放入真空干燥器中备用；
[0015]S102、
制备催化剂：将
0.1mol/L FeCl3溶液逐滴加入到沸水中，体积比为
1:36
，总体积为
180mL
，保持微沸状态
2h
，冷却至室温后，用乙醇稀释，得到终浓度为
0.5mmol/L Fe(OH)3/EtOH
的催化剂；
[0016]S103、
在上述制备的硅片上，用
PDMS
胶沾取少量的催化剂，少量轻缓的涂抹在硅片表面，将涂抹催化剂的硅片放入石英舟，送入管式炉的炉腔中间，涂抹催化剂的方向与气流通过方向垂直
。
[0017]进一步的，
S2
还包括子步骤：
[0018]S201
：缩合剂
1,5
二氨基萘通过芘基和碳纳米管
sp2平面之间
π
‑
π
相互作用，堆积在碳纳米管的侧平面；
[0019]S202:
在室温下使用
DAN
在甲醇中处理
CNT 3h
，用
10mM
的
PBS
冲洗，氮气吹干；
[0020]S203
：加入
40
μ
L 2
％的
GA
反应
3h
，通过
Schiff
反应连接在
DAN
上，
PBS
冲洗后除去多余的
GA
，氮气吹干；
[0021]S204
：加入
40
μ
L DNA
反应
6h
，适配体的氨基与
GA
的醛基基于
Schiff
反应连接，从而将
DNA
固定在碳纳米管的表面
。
[0022]进一步的，
S103
还包括步骤：首先让炉腔内保持真空状态，三次抽真空后，打开与外界相通的循环阀，通过三通道质子流量控制器以
212mL/min
通入保护气体
Ar
同时升温至
950℃
，升温速率为
10℃/min
；以
297mL/min
的流速通入
H2，十分钟后打开乙醇阀，氩气为载气，流速为
30mL/min
，反应
25min
之后关闭乙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于碳纳米管场效应晶体管传感器结合
DNA
序列高灵敏性检测汞离子的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1
：采用
CVD
法在硅片表面制备出所需的
SWNTs
，在硅片表面热蒸镀金电极制备
SWNTFET
传感器；
S2
：用
DNA
和
GA
对
SWNTs
表面功能化，用于固定
DNA
序列；
S3
：在
DNA
序列多胸腺嘧啶的中间设计4个碱基桥接连段，且在其中一端修饰氨基基团，便于固定在功能化碳纳米管的表面；
S4
：向
SWNTFET
传感器中加入
Hg
2+
，一定浓度的
DNA
，保持一定的反应时间，控制
PH
，含有多胸腺嘧啶的
DNA
探针捕捉到
Hg
2+
后，
SWNTFET
传感器将
DNA
与
Hg
2+
的相互作用转换为电信号，结合锁相放大器检测电流的变化情况
。2.
根据权利要求1所述的一种基于碳纳米管场效应晶体管传感器结合
DNA
序列高灵敏性检测汞离子的方法，其特征在于，
S1
还包括以下子步骤：
S101、
准备硅片：将含有绝缘层的硅片放入含有浓硫酸和过氧化氢的培养皿中，在
100℃
下浸泡
2h
后倒掉培养皿中的液体，用纯水反复洗涤三次，每次
10min
，再用
N2吹干，放入真空干燥器中备用；
S102、
制备催化剂：将
0.1mol/L FeCl3溶液逐滴加入到沸水中，体积比为
1:36
，总体积为
180mL
，保持微沸状态
2h
，冷却至室温后，用乙醇稀释，得到终浓度为
0.5mmol/L Fe(OH)3/EtOH
的催化剂；
S103、
在上述制备的硅片上，用
PDMS
胶沾取少量的催化剂，少量轻缓的涂抹在硅片表面，将涂抹催化剂的硅片放入石英舟，送入管式炉的炉腔中间，涂抹催化剂的方向与气流通过方向垂直
。3.
根据权利要求1所述的一种基于碳纳米管场效应晶体管传感器结合
DNA
序列高灵敏性检测汞离子的方法，其特征在于，
S2
还包括子步骤：
S201
：缩合剂
1,5
二氨基萘通过芘基和碳纳米管
sp2平面之间
π
‑
π
相互作用，堆积在碳纳米管的侧平面；
S202:
在室温下使用
DAN
在甲醇中处理
CNT 3h
，用
10mM

【专利技术属性】
技术研发人员：高力，张瑶，时海霞，
申请(专利权)人：镇江永晨科技有限公司，
类型：发明
国别省市：