一种分离栅式SGGT传感器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种分离栅式SGGT传感器及其制备方法和应用，属于SGGT传感器技术领域，包括基底，基底片上设有两个部分，均包括容器；其中一个部分还包括一端延伸至容器底端的源极和漏极，源极、漏极之间设有沟道，且沟道上设有石墨烯；其中另一个部分还包括一端延伸至容器底端的栅极；两个容器内部均填充有磷酸盐缓冲液，且两个容器之间通过水凝胶管建立桥连接。本发明专利技术通过将SGGTs的栅极和沟道分开，并使用水凝胶连接，解决传统的电解质栅控石墨烯场效应晶体管传感器在工作时，由于石墨烯沟道吸附大分子物质造成传感器的寿命降低问题。还能消除大分子物质与石墨烯相互作用引起的非特异性电流响应，同时可以保护石墨烯。同时可以保护石墨烯。同时可以保护石墨烯。

【技术实现步骤摘要】
一种分离栅式SGGT传感器及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于场效应传感芯片
，具体涉及一种分离栅式SGGT传感器及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]现有的电解质栅控石墨烯场效应晶体管(Solution
‑
Gated Graphene Transistors,SGGT)传感器(结构如图2所示)，需要在与分析物直接接触的电解质中运行，SGGT传感器的栅极和沟道同时置于同一电解质溶液体系(如图1所示)。当应用于分析物的检测时，添加分析物至电解质溶液中，分析物在栅极表面发生氧化还原反应产生法拉第电流，引起栅极电压的变化，栅压通过电解质调制石墨烯沟道的电导，最终导致沟道电流的变化。
[0003]由于自然生理环境(血液、尿液等)中包含高浓度的蛋白质和其它生物分子，当现有的传统SGGT传感器用于实时检测生理环境中的分析物时，石墨烯沟道会由于π
‑
π共轭作用而吸附生物分子，造成非特异性的电流响应。另外，生物分子对石墨烯沟道的掺杂也会造成器件的性能下降，大大影响其使用寿命。现有的技术主要使用分子钝化石墨烯层或使用水凝胶保护石墨烯，这种方式在阻止石墨烯层吸附生物分子的同时，也可能会严重影响器件的性能。钝化分子层或水凝胶层对石墨烯的掺杂可能会使器件的跨导减小，导致传感器的检测性能下降。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种分离栅式SGGT传感器及其制备方法和应用。
[0005]本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：
[0006]本专利技术提供一种分离栅式SGGT传感器，所述基底片上设有两个部分，两个部分均包括容器；
[0007]其中一个部分还包括一端延伸至容器底端的源极和漏极，所述源极、漏极之间设有沟道，且沟道上设有石墨烯；
[0008]其中另一个部分还包括一端延伸至容器底端的栅极；
[0009]两个容器内部均填充有磷酸盐缓冲液，且两个容器之间通过水凝胶管建立桥连接。
[0010]作为本专利技术的进一步优化方案，所述水凝胶管为装有电解质凝胶的凝胶管。
[0011]作为本专利技术的进一步优化方案，所述电解质凝胶为1％琼脂糖凝胶。
[0012]本专利技术提供一种上述分离栅式SGGT传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0013](1)在干净的基底片上依次磁控溅射沉积图案化的Cr/Au电极，电极包括源极、漏极和栅极；
[0014](2)利用湿化学法在去离子水中将石墨烯转移至图案化的源极和漏极之间的沟道
上；
[0015](3)配置成电解质凝胶溶液，加热溶解后，将溶液注入到PVC管中，冷却形成水凝胶管；
[0016](4)将两个无缺口容器使用防水胶粘贴至栅极、沟道区域，栅极和沟道区域之间使用所述水凝胶管联通，建立桥连接，传感器制备完成。
[0017]作为本专利技术的进一步优化方案，所述步骤(1)具体为：利用磁控溅射的射频磁控管，在基底片上依次溅射沉积图案化的Cr/Au，尺寸为10nm/100nm，溅射参数为：Cr、功率50w、压强0.3Pa，Au、功率35w、压强0.8Pa。
[0018]作为本专利技术的进一步优化方案，所述步骤(2)中石墨烯制备过程如下：
[0019]通过化学气相沉积法在1000℃下采用CH4和H2混合气体于25μm厚的铜箔上合成单层石墨烯层，使用旋涂仪将聚甲基丙烯酸甲酯均匀的旋涂在石墨烯上，接着使用刻蚀溶液刻蚀铜箔基层，并用去离子水反复冲洗；
[0020]将石墨烯切割成大小合适的尺寸，利用湿化学法在去离子水中将石墨烯转移至图案化的源极和漏极之间的沟道上，然后将其置于125℃的热台上退火20min，接着在55℃的丙酮中浸泡3h，每小时更换一次丙酮以完全去除PMMA。
[0021]作为本专利技术的进一步优化方案，所述步骤(3)中电解质凝胶溶液配制过程如下：向磷酸盐缓冲溶液中加入琼脂糖，配置成1％的琼脂糖溶液，获得。
[0022]作为本专利技术的进一步优化方案，所述源极、漏极之间的石墨烯沟道尺寸为宽0.2mm，长3mm。
[0023]作为本专利技术的进一步优化方案，所述容器采用聚乳酸材料经3D打印而成。
[0024]本专利技术提供一种上述分离栅式SGGT传感器在阿霉素检测领域的应用。
[0025]本专利技术成功构建了使用水凝胶连接的分离栅式SGGT传感器，将SGGT的栅极和沟道分别置于两个电解质溶液体系中，然后两个电解质溶液之间用水凝胶(1％琼脂糖凝胶)连接。本专利技术区别与传统的SGGTs，优点在于：
[0026](1)盐桥连接的SGGT性能对比传统SGGT性能，相差不大。可以通过增加沟道电压获得更大的跨导。传统的SGGTs的栅极和沟道在同一个电解质溶液中，为了避免沟道处发生氧化还原反应，一般会使用比较低的沟道电压。而本专利技术将沟道与栅极分离，检测时，分析物处于栅极区域，可以使用较高的沟道电压，获得更好的检测效果。
[0027](2)通过将SGGTs的栅极和沟道分开，并使用水凝胶连接，解决传统的电解质栅控石墨烯场效应晶体管传感器在工作时，由于石墨烯沟道吸附大分子物质造成传感器的寿命降低问题。水凝胶允许电解质中离子自由通过，而阻碍大分子物质到达石墨烯沟道，消除大分子物质与石墨烯相互作用引起的非特异性电流响应，同时可以保护石墨烯。
[0028](3)便于直接研究SGGT检测分析物的原理(栅控或石墨烯的掺杂)，可以选择向栅极区域加样，或向沟道区域加样。水凝胶起到了分离栅极和沟道的作用。
附图说明
[0029]图1为现有技术中SGGT传感器的栅极和沟道同时置于同一电解质溶液体系示意图；
[0030]图2为传统SGGT传感器的结构示意图；
[0031]图3为本专利技术分离栅式SGGT传感器俯视图；
[0032]图4为本专利技术分离栅式SGGT传感器侧视图；
[0033]图5为本专利技术的转移特性曲线(IDS
‑
VG)和沟道电流实时响应曲线(IDS
‑
Time)；
[0034]图6为本专利技术的实时沟道电流响应曲线的测定(以阿霉素为例)；
[0035]图7为传统SGGT传感器检测阿霉素的实时电流响应图。
[0036]图示：1、基地片；2、栅极；3、源极；4、漏极；5、石墨烯；6、水凝胶；7、容器；8、磷酸液盐缓冲液。
具体实施方式
[0037]下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
[0038]1、材料
[0039]本专利技术所用方法如无特别说明均为本领域技术人员所知晓的常规方法，所用试剂等，如无特别说明，均为市售购买产品。
[0040]2、方法
[0041]2.1分离栅式SGGT传感器SGGT
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分离栅式SGGT传感器，包括基底，其特征在于，所述基底片上设有两个部分，两个部分均包括容器；其中一个部分还包括一端延伸至容器底端的源极和漏极，所述源极、漏极之间设有沟道，且沟道上设有石墨烯；其中另一个部分还包括一端延伸至容器底端的栅极；两个容器内部均填充有磷酸盐缓冲液，且两个容器之间通过水凝胶管建立桥连接。2.根据权利要求1所述的分离栅式SGGT传感器，其特征在于，所述水凝胶管为装有电解质凝胶的凝胶管。3.根据权利要求2所述的分离栅式SGGT传感器，其特征在于，所述电解质凝胶为1％琼脂糖凝胶。4.一种如权利要求1
‑
3任一所述的分离栅式SGGT传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在干净的基底片上依次磁控溅射沉积图案化的Cr/Au电极，电极包括源极、漏极和栅极；(2)利用湿化学法在去离子水中将石墨烯转移至图案化的源极和漏极之间的沟道上；(3)配置成电解质凝胶溶液，加热溶解后，将溶液注入到PVC管中，冷却形成水凝胶管；(4)将两个无缺口容器使用防水胶粘贴至栅极、沟道区域，栅极和沟道区域之间使用所述水凝胶管联通，建立桥连接，传感器制备完成。5.根据权利要求4所述的分离栅式SGGT传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：利用磁控溅射的射频磁控管，在基底片上依次溅射沉积图案化的Cr/Au，尺寸为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：瞿昊，罗松佳，郑磊，杨静，汪璐，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：