CN102411019A - 一种基于石墨烯电极的分子器件用于检测有机生物小分子的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测有机生物小分子的方法及其专用的基于石墨烯电极的DNA单分子连接器件。所述DNA单分子连接器件的制备方法包括下述步骤：1)构建石墨烯电极的分子器件；2)在步骤1)中得到的石墨烯分子器件中1-10nm大小的纳米间隙；3)将设计的DNA序列连接到切割器件的纳米间隙中，得到DNA单分子连接器件。利用上述制备的DNA单分子连接器件进行与有机生物小分子结合与识别的电学信号检测，同时排除各项干扰因素；并在器件上对有机生物小分子进行灵敏度等的测试；根据以上步骤的实验结果确定测量条件，在连接器件上实现对有机生物小分子的检测。本发明是利用功能化的单分子器件通过电学信号实现的对有机生物小分子高灵敏度检测的方法。

Description

一种基于石墨烯电极的分子器件用于检测有机生物小分子的方法

技术领域

本发明涉及一种基于石墨烯电极的分子器件用于检测有机生物小分子的方法。

背景技术

单分子检测是当今科学研究的热点，单分子检测做为针对有限可数的微观个体性质和行为的分析方法，能够提供传统宏观分析方法得不到的微观个体信息，对环境监测、微量物质检测、临床医学诊断等具有较为重要的意义。对检测有机生物小分子的研究方法，目前已经发展了表面等离子共振、荧光光谱、电化学、扫描探针显微镜等。现有的一些方法缺乏更高的灵敏度，受环境因素影响变化较大，建立一种对单个生物化学事件进行快速、高灵敏地检测方法的体系是目前迫切需要的。(1：Liu，J.，Cao，Z.，Lu，Y.Chem.Rev.，2009，109，1948.2：Drummond，T.G.，Hill，M.G.，Barton，J.K.Nat.Biotechnol.，2003，21，1192.3：Fang，X.H.，Tan，W.H.Accounts of Chemical Research，2010，43，48.4：Patolsky，F.，Zheng，G.，Lieber，C.M.Nat.Protoc.，2006，1，1711.5：Zheng，G.，Patolsky，F.，Cui，Y.，Wang，W.U.，Lieber，C.M.Nat.Biotechnol.2005，23，1294.)

石墨烯是一种二维平面材料，它由碳原子按照sp²成键形成稳定的蜂巢状结构，有很多优良的性质，比如它有很高的电子迁移率、室温下表现出长程弹道输运性质，(Geim，A.K.；Novoselov，K.S.Nature.Mater.2007，6，183.)。而且石墨烯由于其良好的导电性和化学稳定性可以作为一种理想的电极材料。在前期工作中，我们建立了一套在石墨烯的纳米间隙之间通过牢固的酰胺键连接一个或者几个分子构建单分子器件的方法。该石墨烯分子器件不仅可以有效地连接DNA分子，而且可以承受外界条件刺激。(1：Guo，X.et al.Science，2006，311，356.2：Guo，X.et al.Nano Lett.，2007，7，1119.3：Guo，X.，Gorodetsky，A.A.，Hone，J.，Barton，J.K.，Nuckolls，C.Nat.Nanotechnol.2008，3，163.)

发明内容

本发明的目的是提供一种单分子水平上高灵敏度地检测有机生物小分子的方法及其专用的基于石墨烯电极的DNA单分子连接器件。

本发明所提供的基于石墨烯电极的DNA单分子连接器件，包括：

a)石墨烯晶体管器件阵列，所述石墨烯晶体管器件阵列中每个石墨烯晶体管器件均包括栅极、源极、漏极和导电沟道，所述导电沟道为石墨烯；其中，在所述石墨烯上设有由电子束刻蚀和氧等离子体刻蚀石墨烯得到的一个通道，所述通道上间隔设有长度为1-10nm的DNA序列连接部位(纳米间隙)，所述DNA序列连接部位与所述石墨烯晶体管器件中的源极和漏极垂直；

b)与待测有机生物小分子具有相互作用的末端(3′端和5′端)经氨基修饰的DNA序列，或与待测有机生物小分子具有相互作用的末端(3′端和5′端)连接氨基修饰的有机分子的DNA序列；其连接于所述DNA序列连接部位。

其中，所述栅极为含有厚度为100-1000nm(如300nm)二氧化硅层的硅基底，其电阻率为5-20ohm·cm^-1；所述源极和漏极均由Cr电极层和设于所述Cr电极层上的Au电极层组成，所述Cr电极层厚度为1-100nm(如80nm)，所述Au电极层厚度为20-1000nm(如600nm)。

制备上述基于石墨烯电极的DNA单分子连接器件的方法，包括下述步骤：

1)构建石墨烯晶体管器件阵列；

2)在所述石墨烯晶体管器件阵列的每个石墨烯晶体管器件的石墨烯上旋涂正性电子束光刻胶，用电子束对所述电子束光刻胶进行曝光，得到虚线形状的曝光图案(见图5)，然后进行氧等离子体刻蚀，使所述石墨烯晶体管器件的源极和漏极之间得到一个通道，并在所述通道上间隔得到长度为1-10nm的纳米间隙，所述纳米间隙与所述石墨烯晶体管器件中的源极和漏极垂直；

所述虚线形状的曝光图案中，线条宽度为2-10nm(如5nm)，每段实线的长度为150-500nm(如150nm)、实线间距为20-50nm(如40nm)；

3)将步骤2)得到的纳米间隙两侧的石墨烯的末端羧基进行活化，然后与下述序列1)或2)进行纳米间隙中的酰胺键共价连接，得到基于石墨烯电极的DNA单分子连接器件：所述序列1为与待测有机生物小分子具有相互作用的末端经氨基修饰的DNA序列；所述序列2)为与待测有机生物小分子具有相互作用的末端连接氨基修饰的有机分子的DNA序列。

当上述步骤2)中进行氧等离子体刻蚀后，对于没有形成所述纳米间隙的部位可以利用电流烧断法继续处理，逐渐缓慢增大通过电流，石墨烯会在氧化切割的缺陷部位优先断裂，直至得到所述的纳米间隙。

其中，步骤1)中构建石墨烯晶体管器件的方法包括三个步骤：

a)在石墨烯上旋涂光刻胶，记为光刻胶1，对光刻胶1进行曝光得到标记图案，在标记图案处依次蒸镀厚度为1-100nm(如80nm)Cr层、20-1000nm(如200nm)Au层，除去光刻胶1，在石墨烯曝光位置处留下了蒸镀的金属标记，所述金属标记用于下两步光刻的位置对准标记；其中，所述石墨烯附着于表面具有二氧化硅层的硅基底上；

b)在步骤a得到的有金属标记的石墨烯上旋涂光刻胶2，通过步骤a的标记定位，曝光，留下条带状的光刻胶将部分石墨烯保护起来，其它部分通过曝光显影将石墨烯曝露出来，用氧等离子体刻蚀掉其它部分曝露的石墨烯，保护在条带状光刻胶下面的石墨烯不被刻蚀得以保留，除去光刻胶2，得到条带状石墨烯，将所述条带状石墨烯在氢气和氩气气氛下于400-450度退火，清洁石墨烯条带的表面；

c)在步骤b得到的有石墨烯条带的硅片上旋涂光刻胶3，通过步骤a的标记定位在石墨烯条带上曝光源极和漏极电极图案，所述源极和漏极之间的间距为4-7μm，在所述电极图案上依次蒸镀厚度为1-100nm(如80nm)的Cr层、厚度为20-1000nm(如600nm)的Au层作为器件的源极和漏极，除去光刻胶3，得到所述石墨烯晶体管器件。

上述步骤a)中所述石墨烯是按照下述方法进行制备的：在铜箔上使用化学气相沉积的方法生长大面积连续的单层石墨烯，再将所述石墨烯从铜箔转移到表面具有100-1000nm(如300nm)二氧化硅层的硅基底上；所述表面具有100-1000nm二氧化硅层的硅基底的电阻率为5-20ohm·cm^-1。

其中，转移石墨烯的方法可按照常规方法进行，具体方法如下：利用柔性的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)高分子膜做担载，在所述已生长石墨烯的铜箔上旋涂PMMA薄膜，180℃烘2分钟，然后将样品置于饱和硝酸铁溶液中，将铜箔腐蚀掉，石墨烯包埋在PMMA薄膜中被分离出来。PMMA薄膜携带着石墨烯薄膜可以附着硅基底上，然后用丙酮除去PMMA薄膜即可。

步骤3)中对纳米间隙两侧的石墨烯的末端羧基进行活化的方法为：将步骤2)得到的具有纳米间隙的石墨烯分子器件在含有氨基耦合和活化试剂(Sulfo-NHS，EDCI)的10-100mM(优选50nm)MES缓冲溶液中浸泡8-12小时；所述MES缓冲溶液的pH值为3-10，所述MES缓冲溶液中Sulfo-NHS(N-羟基硫代琥珀酰亚胺)的浓度为5-15mM，EDCI(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐)的浓度为3-10mM；步骤3)中所述酰胺键共价连接在PBS缓冲液(磷酸盐缓冲液)中进行，所述PBS缓冲液的浓度为10-100mM，pH值为6-8。

对本发明制备的基于石墨烯电极的DNA单分子连接器件进行电学信号监测，结果表明：石墨烯最初的半导体或者金属性质在连接DNA序列后得以保留。另外，可将上述分子器件在不同的缓冲溶液中进行处理，然后进行电学性质监测，排除连接过程中离子参与导电的干扰。

本发明的再一个目的是提供一种利用上述基于石墨烯电极的DNA单分子连接器件检测有机生物小分子的方法。

本发明所提供的检测有机生物小分子的方法，包括下述步骤：

1)对本发明制备的基于石墨烯电极的DNA单分子连接器件进行与有机生物小分子相互作用的电学信号检测，同时进行对照实验设计排除干扰因素；

2)对本发明制备的基于石墨烯电极的DNA单分子连接器件进行有机生物小分子的灵敏度测试；

3)根据步骤1)和2)的实验结果确定检测条件，利用基于石墨烯电极的DNA单分子连接器件测量检测过程中的电流变化，基于电流的变化实现对生物有机小分子的检测。

上述1)-3)各步骤的确定均使用探针台对于器件的电学信号进行监测，在常温常压下测量数据结果。

当用本发明的DNA单分子连接器件检测EB或SYBR Green I时，所用的双链DNA序列为：H₂N-(CH₂)₃-5′-TGTCGTCTTACACCATTGAG-3′-(CH₂)₃-NH₂(核苷酸序列如序列1所示)与ACAGCAGAATGTGGTAACTC组成的双链DNA序列。

在上述检测方法中，步骤1)是关键步骤，具体的结合过程是将DNA单分子连接器件浸泡在含有与所连接的DNA具有相互作用的有机生物小分子中，DNA-有机生物小分子发生相互作用之后，对器件的电学信号进行检测，能够观察到器件导电性发生变化，在相同实验条件下进行重复性实验，结果表明上述实验现象相一致。

步骤1)中观察到的导电性的变化来源于连接在分子器件上的DNA在有机生物小分子的作用下结构的改变。为排除潜在的假相，本发明在相同的处理条件下进行了对照实验。本发明在相同的处理条件下进行了对照实验。对照实验中，发明人对于在氧气等离子体处理阶段完全切断以及部分切割的石墨烯分子器件仅加入有机生物小分子进行电流检测，没有检测到电流，排除了有机生物小分子对石墨烯电极的分子器件相互作用产生导电性。

步骤2)中通过改变有机生物小分子的浓度来研究连接器件的灵敏度。多个DNA单分子连接器件用来检测不同浓度的有机生物小分子。在有机生物小分子溶液处理前后，通过电学测量的I-V曲线检测结合过程，在不同的检测浓度下可以得到不同器件之间一致的实验结果，再次证明本发明具有较好的可信性与重现性。使用本发明的DNA单分子连接器件对有机生物小分子检测与之前检测方法相比，具有更高的检测灵敏度，目前使用DNA和溴化乙锭(EB)的模型体系对EB的检测灵敏度达到10^-11mol/l级别，已报道的采用电化学方法的检测灵敏度是1×10^-7mol/l。

本发明中所述有机生物小分子包括某些碳化合物、糖、脂肪酸、氨基酸和核苷酸，如：溴化乙锭(Ethidium bromide)，原黄素(Proflavine)，4′-表阿霉素(4’-Epiadriamycin)等。

本发明利用功能化的基于石墨烯电极的分子器件通过电学信号实现对有机生物小分子高灵敏度地检测。本发明对临床中有机生物小分子的微量检测以及环境中痕量的特定化学或者生物有害物质的检测有较大的意义。

本发明所提供的DNA单分子器件检测方法具有以下优点：

1、本发明是将一定的DNA序列连接在石墨烯的分子点电极之间得到功能化的分子器件，通过DNA与有机生物小分子的相互作用实现对有机生物小分子的检测，不需要其他标记，是一种无标记检测方法。

2、本发明使用的功能化单分子器件具有很好的稳定性，在检测DNA-有机生物小分子相互作用的过程中能够快速响应，通过电学信号的特征显示生物体系的识别与结合作用。

3、本发明的检测方法利用的是功能化器件中的单分子位点进行相互作用的识别，具有单分子水平检测的特征，与现有的方法相比，具有较高的检测灵敏度。

附图说明

图1基于石墨烯电极的分子器件的DNA-EB体系检测示意图。

图2基于石墨烯电极的分子器件的电学性质检测图。

图3制备石墨烯电极的分子器件的第一次光刻图。

图4光学显微镜表征的石墨烯器件结构图。

图5石墨烯分子器件上虚线间隔的曝光图案。

图6石墨烯分子器件切割得到的纳米间隙表征图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此。

下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例1：基于石墨烯电极的分子器件在检测微量EB(溴化乙锭)的应用

检测EB的分子器件，包括：

石墨烯晶体管器件阵列，所述石墨烯晶体管器件阵列中每个石墨烯晶体管器件均包括栅极、源极、漏极和导电沟道，所述导电沟道为石墨烯；其中，在所述石墨烯上设有由氧等离子体刻蚀石墨烯得到的一个通道，所述通道上间隔设有长度为1-10nm的分子连接部位(纳米间隙)，所述分子连接部位与所述石墨烯晶体管器件中的源极和漏极垂直；

其中，所述栅极为含有厚度为300nm二氧化硅层的硅基底，其电阻率为5-20ohm·cm^-1；所述源极和漏极均由Cr电极层和设于所述Cr电极层上的Au电极层组成，所述Cr电极层厚度为80nm，所述Au电极层厚度为600nm。

与EB分子具有相互作用的末端经氨基修饰的DNA序列(见序列1)，其连接于所述DNA序列连接部位。

制备方法如下：

1)在铜箔(Alfa Aesar，99.8％)上使用化学气相沉积的方法，用甲烷做碳源，900℃生长大面积石墨烯，利用柔性的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)高分子膜做担载，在所述已生长石墨烯的铜箔上旋涂PMMA薄膜，180℃烘2分钟，然后将样品置于饱和硝酸铁溶液中，将铜箔腐蚀掉，石墨烯包埋在PMMA薄膜中被分离出来。PMMA薄膜携带着石墨烯薄膜附着在含有300nm二氧化硅层的硅基底(其电阻率为5-20ohm·cm^-1)，然后用丙酮除去PMMA薄膜。

2)通过三步光刻的方法在石墨烯上得到图形化的光刻胶掩膜：第一步，在大片的石墨烯上旋图光刻胶，特定位置曝光(见图3)，得到标记图案，在标记图案处依次蒸镀厚度为80nm的Cr层、200nm的Au层后，丙酮浸泡除去光刻胶，在石墨烯上曝光的位置上留下了蒸镀的金属标记，作为下两步光刻的位置对准标记；第二步，在有标记的大片石墨烯上旋涂光刻胶，通过第一步的标记定位，曝光，留下条带状的光刻胶将部分石墨烯保护起来，其它部分通过曝光显影将石墨烯曝露出来，用氧等离子体刻蚀掉其它部分曝露的石墨烯，保护在条带状光刻胶下面的石墨烯不被刻蚀得以保留，丙酮浸泡除去光刻胶后，得到20*40μm的石墨烯条带；第三步，在第二步得到有石墨烯条带的硅片上旋涂光刻胶，通过第一步中的标记定位在石墨烯条带上曝光出电极图案。热蒸镀先后蒸镀Cr(80nm)、Au(600nm)作为器件的源极和漏极，构建石墨烯晶体管器件，图4显示为光学显微镜表征的石墨烯器件结构图。

3)在石墨烯晶体管器件的石墨烯上旋涂PMMA电子束光刻胶，选择虚线间隔的曝光图案(见图5)，对步骤2)得到的石墨烯晶体管器件进行电子束曝光和氧等离子体刻蚀，在石墨烯上得到一系列锯齿形的纳米间隙。对于没有直接氧化切断的部位，可以辅助大电流烧断法，逐渐缓慢增大通过电流，石墨烯会在氧化切割的缺陷位点优先断裂，得到1-10纳米间隔的纳米间隙(见图6)。

4)将具有纳米间隙的石墨烯器件在含有氨基耦合和活化试剂(Sulfo-NHS，EDCI)的50mM MES缓冲溶液(pH值为4.7，Sulfo-NHS的浓度为5mM，EDCI的浓度为10mM)中浸泡12小时，进行末端羧基活化；然后将经活化的石墨烯与经末端氨基修饰的浓度为10μM的双链DNA在PBS缓冲液(10mM，pH值为7.2)中进行纳米间隙中的单分子共价连接，得到连接双链DNA的单分子器件。

设计并使用的双链DNA序列如下：H₂N-(CH₂)₃-5′-TGTCGTCTTACACCATTGA

G-3′-(CH₂)₃-NH₂与ACAGCAGAATGTGGTAACTC组成的双链DNA序列。

(核苷酸序列如序列1所示)。该DNA序列能够与EB相互作用，在3′和5′端进行氨基修饰。

2、利用上述基于石墨烯电极的分子器件检测EB(溴化乙锭)

a)对步骤4)中得到的DNA单分子连接器件进行EB结合与识别的电学信号检测，在室温下器件经过EB(1×10^-11mol/l)的处理，EB插入到双链DNA中，电流发生了明显减小(见图2)。在相同实验条件下进行重复性实验，所有的工作器件均显示出一致的变化趋势。同时进行的对照实验，将步骤3)得到的具有纳米间隙的石墨烯分子器件仅加入EB进行电流检测，没有检测到电流，排除了EB对石墨烯分子器件相互作用产生导电性。结果证明，观察到的导电性的明显变化来源于共价连接在石墨烯分子器件中DNA结构的变化，而不是EB分子的导电性引起的变化。

b)对步骤4)得到的DNA单分子连接器件进行灵敏度测试。对DNA单分子连接器件分别使用一系列不同浓度的EB进行处理，用PBS冲洗，氮气吹干后，用探针台进行I-V曲线电流检测。

在EB溶液处理前后，通过电学测量的I-V曲线检测结合过程，在不同的检测浓度下可以得到不同器件之间一致的实验结果，再次证明本发明具有较好的可信性与重现性。使用本发明中的石墨烯电极的分子器件进行的生物检测与之前检测方法相比，具有更高的检测灵敏度，检测EB的灵敏度达到10^-11mol/l，已报道的采用电化学方法的检测灵敏度是1×10^-7mol/l。

实施举例2：基于石墨烯电极的分子器件在检测微量SYBR Green I的应用

1、制备用于检测EB的分子器件

1)按照实施例1中步骤1)-3)制备切割后具有纳米间隙的石墨烯器件。

2)将具有纳米间隙的石墨烯器件在含有氨基耦合和活化试剂(Sulfo-NHS，EDCI)的50mM MES缓冲溶液(pH值为4.7，Sulfo-NHS的浓度为5mM，EDCI的浓度为10mM)中浸泡12小时，进行末端羧基活化；然后将经活化的石墨烯与经末端氨基修饰的浓度为10μM的双链DNA在PBS缓冲液(10mM，pH值为7.2)中进行纳米间隙中的单分子共价连接，得到连接双链DNA的单分子器件。

设计并使用的DNA序列同序列1。

2、利用上述基于石墨烯电极的分子器件检测SYBR Green I

a)对步骤4)中得到的DNA单分子连接器件进行SYBR Green I结合与识别的电学信号检测，在室温下，器件经过1×10^-13mol/l SYBR Green I的处理，电流发生了减小。在相同实验条件下进行重复性实验，所有的工作器件均显示出一致的变化趋势。与EB与双链DNA相互作用不同的是，SYBR Green I是与双链DNA的小沟相结合，同样引起电流发生了明显变化。

综上所述，本发明是一种直接的、具有单分子灵敏度的，能够检测有机生物小分子的方法，利用功能化的石墨烯分子器件可以根据特定检测目的，对实际样品进行不同体系高灵敏度的检测具有广阔的实际应用价值。

Claims (9)

1.一种基于石墨烯电极的DNA单分子连接器件，包括：

a)石墨烯晶体管器件阵列，所述石墨烯晶体管器件阵列中每个石墨烯晶体管器件均包括栅极、源极、漏极和导电沟道，所述导电沟道为石墨烯；其中，在所述石墨烯上设有由电子束刻蚀和氧等离子体刻蚀石墨烯得到的一个通道，所述通道上间隔设有长度为1-10nm的DNA序列连接部位，所述DNA序列连接部位与所述石墨烯晶体管器件中的源极和漏极垂直；

b)与待测有机生物小分子具有相互作用的末端经氨基修饰的DNA序列，或与待测有机生物小分子具有相互作用的末端连接氨基修饰的有机分子的DNA序列，其连接于所述DNA序列连接部位。

2.根据权利要求1所述的DNA单分子连接器件，其特征在于：所述栅极为含有厚度为100-1000nm二氧化硅层的硅基底，其电阻率为5-20ohm·cm^-1；所述源极和漏极均由Cr电极层和设于所述Cr电极层上的Au电极层组成，所述Cr电极层厚度为1-100nm，所述Au电极层厚度为20-1000nm。

3.根据权利要求2所述的DNA单分子连接器件，其特征在于：所述栅极为含有厚度为300nm二氧化硅层的硅基底；所述Cr电极层厚度为80nm，所述Au电极层厚度为600nm。

4.一种制备权利要求1-3中任一项所述DNA单分子连接器件的方法，包括下述步骤：

1)构建石墨烯晶体管器件阵列；

2)在所述石墨烯晶体管器件阵列的每个石墨烯晶体管器件的石墨烯上旋涂正性电子束光刻胶，用电子束对所述电子束光刻胶进行曝光，得到虚线形状的曝光图案，然后进行氧等离子体刻蚀，使所述石墨烯晶体管器件的源极和漏极之间得到一个通道，并在所述通道上间隔得到长度为1-10nm的纳米间隙，所述纳米间隙与所述石墨烯晶体管器件中的源极和漏极垂直；

所述虚线形状的曝光图案中，线条宽度为2-10nm，优选5nm，每段实线的长度为150-500nm，优选150nm，实线间距为20-50nm，优选40nm；

3)将步骤2)得到的纳米间隙两侧的石墨烯的末端羧基进行活化，然后与下述序列1)或2)进行纳米间隙中的酰胺键共价连接，得到基于石墨烯电极的分子器件：所述序列1为与待测有机生物小分子具有相互作用的末端经氨基修饰的DNA序列；所述序列2)为与待测有机生物小分子具有相互作用的末端连接氨基修饰的有机分子的DNA序列。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述方法还包括在步骤2)中进行氧等离子体刻蚀后，对所述氧等离子体刻蚀没有形成所述纳米间隙的部位，利用电流烧断法继续处理，得到所述纳米间隙。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：步骤1)中构建石墨烯晶体管器件的方法包括三个步骤；

a)在石墨烯上旋涂光刻胶，记为光刻胶1，对光刻胶1进行曝光得到标记图案，在标记图案处依次蒸镀厚度为1-100nmCr层、20-1000nmAu层，除去光刻胶1，在石墨烯曝光位置处留下了蒸镀的金属标记，所述金属标记用于下两步光刻的位置对准标记；所述石墨烯附着于表面具有二氧化硅层的硅基底上；

b)在步骤a得到的有金属标记的石墨烯上旋涂光刻胶2，通过步骤a的标记定位，曝光，留下条带状的光刻胶将部分石墨烯保护起来，其它部分通过曝光显影将石墨烯曝露出来，用氧等离子体刻蚀掉其它部分曝露的石墨烯，保护在条带状光刻胶下面的石墨烯不被刻蚀得以保留，除去光刻胶2，得到条带状石墨烯，将所述条带状石墨烯在氢气和氩气气氛下于400-450度退火，清洁石墨烯条带的表面；

c)在步骤b得到有石墨烯条带的硅片上旋涂光刻胶3，通过步骤a的标记定位在石墨烯条带上曝光出源极和漏极电极图案，所述源极和漏极之间的间距为4-7μm，在所述电极图案上依次蒸镀厚度为1-100nm的Cr层、厚度为20-1000nm的Au层作为器件的源极和漏极，除去光刻胶3，得到所述石墨烯晶体管器件阵列。

7.根据权利要求4-6中任一项所述的方法，其特征在于：步骤3)中对纳米间隙两侧的石墨烯的末端羧基进行活化的方法为：将步骤2)得到的具有纳米间隙的石墨烯分子器件在含有N-羟基硫代琥珀酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的10-100mM MES缓冲溶液中浸泡8-12小时；所述MES缓冲溶液的pH值为3-10，所述MES缓冲溶液中N-羟基硫代琥珀酰亚胺的浓度为5-15mM，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的浓度为3-10mM；步骤3)中所述酰胺键共价连接在PBS缓冲液中进行，所述PBS缓冲液的浓度为10-100mM，pH值为6-8。

8.一种检测有机生物小分子的方法，包括下述步骤：

1)将权利要求1-3中任一所述的基于石墨烯电极的DNA单分子连接器件浸泡在与所述DNA单分子连接器件中的DNA具有相互作用的待测有机生物小分子溶液中，进行DNA与待测有机生物小分子相互作用的电学信号检测，同时进行对照实验设计排除干扰因素；

2)对权利要求1-3中任一所述的基于石墨烯电极的DNA单分子连接器件进行有机生物小分子的灵敏度测试；

3)根据步骤1)和2)的实验结果确定检测条件，利用基于石墨烯电极的DNA单分子连接器件测量检测过程中的电流变化，基于电流的变化实现对生物有机小分子的检测。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述有机生物小分子包括碳化合物、糖、脂肪酸、氨基酸和核苷酸。

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