CN103399071A - 一种石墨烯场效应管生物传感器及其制作方法、检测方法 - Google Patents
一种石墨烯场效应管生物传感器及其制作方法、检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103399071A CN103399071A CN2013103228621A CN201310322862A CN103399071A CN 103399071 A CN103399071 A CN 103399071A CN 2013103228621 A CN2013103228621 A CN 2013103228621A CN 201310322862 A CN201310322862 A CN 201310322862A CN 103399071 A CN103399071 A CN 103399071A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene
- substrate
- field effect
- effect pipe
- biology sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 113
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 113
- 230000005669 field effect Effects 0.000 title claims abstract description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 58
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 40
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 21
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims abstract description 14
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 16
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 15
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 15
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 13
- MRNHPUHPBOKKQT-UHFFFAOYSA-N indium;tin;hydrate Chemical compound O.[In].[Sn] MRNHPUHPBOKKQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 7
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 claims description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 7
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 6
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 4
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 abstract description 5
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 4
- ZKHQWZAMYRWXGA-KQYNXXCUSA-J ATP(4-) Chemical compound C1=NC=2C(N)=NC=NC=2N1[C@@H]1O[C@H](COP([O-])(=O)OP([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O)[C@@H](O)[C@H]1O ZKHQWZAMYRWXGA-KQYNXXCUSA-J 0.000 abstract 1
- ZKHQWZAMYRWXGA-UHFFFAOYSA-N Adenosine triphosphate Natural products C1=NC=2C(N)=NC=NC=2N1C1OC(COP(O)(=O)OP(O)(=O)OP(O)(O)=O)C(O)C1O ZKHQWZAMYRWXGA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 abstract 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 abstract 1
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-L terephthalate(2-) Chemical compound [O-]C(=O)C1=CC=C(C([O-])=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract 1
- ZKHQWZAMYRWXGA-KQYNXXCUSA-N Adenosine triphosphate Chemical compound C1=NC=2C(N)=NC=NC=2N1[C@@H]1O[C@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OP(O)(O)=O)[C@@H](O)[C@H]1O ZKHQWZAMYRWXGA-KQYNXXCUSA-N 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
- G01N27/4148—Integrated circuits therefor, e.g. fabricated by CMOS processing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
- G01N27/4146—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS involving nanosized elements, e.g. nanotubes, nanowires
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L29/1606—Graphene
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66015—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising semiconducting carbon, e.g. diamond, diamond-like carbon, graphene
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种石墨烯场效应管生物传感器及其制作方法、检测方法。一种石墨烯场效应管生物传感器,包括玻璃基底,玻璃基底的两侧均设有ITO,部分同侧的玻璃基底及ITO的上面覆盖有石墨烯,没有覆盖石墨烯的两侧的ITO分别为源极和漏极,覆盖有石墨烯的ITO的上面覆盖有PET垫片,PET垫片上覆盖有溅射金膜的PET基底,利用绝缘硅胶在玻璃基底的中部设有一样品池,金膜为栅极。采用石墨烯覆盖ITO的方法减小接触电阻,采用平面金膜电极作为栅极施加均匀电场,增加电解质与石墨烯的作用面积,通过上述两方面提高了检测灵敏度及检测范围,检测三磷酸腺苷的下限达到10pM。
Description
技术领域
本发明涉及分析化学领域,尤其涉及一种石墨烯场效应管生物传感器及其制作方法、检测方法。
背景技术
石墨烯是一种新兴的功能材料。由于其具有优良的光学、电学以及易于与生物分子通过π-π堆垛作用结合的特性,而在生物传感器设计领域受到关注。生物分子吸附在石墨烯表面可以调节其电荷传输或电荷的沟道掺杂,引起载流子浓度和载流子迁移率的变化。基于此,通过施加栅极电压调制的石墨烯场效应晶体管(FET)生物传感器被广泛研究,已报道的如pH值传感器,DNA生物传感器,蛋白质生物传感器以及细胞生物传感器。
通常,在石墨烯场效应管生物传感器中,采用化学气相沉积方法,在SiO2或塑料基底转移单层或多层石墨烯作为导电层。Ag/AgCl电极作为栅电极,将银漆涂于石墨烯表面分别用作漏极和源极。在栅极和石墨烯导电层之间加入包含生物分子的溶液作为电解质。生物分子与石墨烯相互作用形成导电沟道,影响石墨烯FET的传输特性。通过测量石墨烯FET的传输特性,对目标生物分子进行检测。
然而,这种传统的石墨烯生物传感器设计存在以下问题:
(1)Ag/AgCl电极与石墨烯FET分离,不适合生物传感器集成化为单一器件且不便于测量。
(2)由于在石墨烯表面的PMMA残留,导致银漆和石墨烯之间的接触电阻较大,会减少信号强度,从而影响检测信号的灵敏度。
发明内容
为解决现有技术存在的不足,本发明公开了一种石墨烯场效应管生物传感器及其制作方法、检测方法,采用石墨烯覆盖ITO电极的方法减小接触电阻,采用平面金电极作为栅极施加均匀电场,增加电解质与石墨烯的作用面积。
为实现上述目的,本发明的具体方案如下:
一种石墨烯场效应管生物传感器,包括玻璃基底,玻璃基底的两侧均设有ITO,部分同侧的玻璃基底及ITO的上面覆盖有石墨烯,没有覆盖石墨烯的玻璃基底及两侧的ITO位于同侧,没有覆盖石墨烯的两侧的ITO分别为源极和漏极,覆盖有石墨烯的ITO的上面覆盖有PET垫片,PET垫片上覆盖有溅射金膜的PET基底,利用绝缘硅胶在玻璃基底的中部设有一样品池,金膜为栅极。
所述没有覆盖石墨烯的玻璃基底及两侧的ITO尺寸分别为2mm*10mm及2mm*5mm;
所述样品池的尺寸为:18mm*10mm*2mm;
所述PET垫片尺寸为18*5mm,厚度为2mm;
所述PET基底的尺寸为18*5mm,厚度为1mm,金膜的厚度为100nm;
所述ITO的厚度为185nm。
一种石墨烯场效应管生物传感器的制作方法,包括以下步骤:
步骤一:利用化学气相沉积方法生长单层或多层石墨烯并将其转移覆盖至部分玻璃基底,氧化铟锡设于玻璃基底的两侧上且位于石墨烯之下且与石墨烯无PMMA残留的一面接触;
步骤二:石墨烯覆盖至玻璃基底后,用绝缘硅胶围成样品池,利用磁控溅射方法,在PET基底上溅射金膜,并将金膜作为栅极向下用绝缘硅胶固定于样品池之上,然后加样从而形成集成化的单一石墨烯FET器件。
所述步骤一中玻璃基底的尺寸为20*20mm,氧化铟锡电极尺寸为20*5mm,厚度为185nm;所述步骤一中利用化学气相沉积方法生长单层或多层石墨烯并将其转移覆盖至部分玻璃基底的转移方法为湿法转移方法;
所述步骤一中氧化铟锡的上方,利用绝缘硅胶固定尺寸为18*5mm,厚度为2mm的PET垫片;
所述步骤一中未被覆盖的氧化铟锡上涂抹导电银浆引出电极分别作为源极和漏极;
所述步骤一中石墨烯的漏极与源极间电阻为1K欧姆;
所述步骤二中PET基底的尺寸为18*5mm,厚度为1mm,金膜的厚度为100nm;
所述步骤二中将溅射有金膜的PET基底,金膜向下利用绝缘硅胶覆盖于PET垫片之上,从而形成尺寸为18mm*10mm*2mm的样品池;
一种石墨烯场效应管生物传感器的检测方法,包括以下步骤:
步骤一:将石墨烯场效应管生物传感器接入检测电路;
步骤二:加入待测样品,使用移液器向样品池中加入300uL去离子水,调节检测电路的Rref以及G,使输出电压信号范围处于0-2.5V范围,便于测量,通过公式计算石墨烯场效应管的等效电阻;
步骤三:吸出样品池中的样品,用去离子水清洗并烘干后,再次接入电路,再加入待测样品,实现重复测量。
所述步骤一中检测电路的为:石墨烯场效应管生物传感器的栅极与微处理器的D/A转换器相连,石墨烯场效应管生物传感器的源极和漏极分别与Rref及R1相连,Rref与R2串联,R1与R2的公共端与恒压源相连,石墨烯场效应管生物传感器的漏极及,Rref与R2的公共端分别与仪表放大器的两个输入端相连,仪表放大器的输出端与微处理器的A/D转换器相连,微处理器的通信单元与计算机相连。
所述恒压源电压为2.5V,电阻R1=R2=1K欧姆,平衡电阻Rref为精密可调电阻,最大阻值为2K欧姆;
所述微处理器采集电压的范围为0-2.5V,模数转换精度最低为12位,采样速度至少为1Kbit/s;
所述数模转换单元向栅极加载栅极电压,电压转换范围为0-2.5V,转换精度为12位;
所述石墨烯场效应管的等效电阻计算公式:
其中,Vconst为恒压源电压为2.5V,R1=R2=1K欧姆,Rref为可调电阻,最大为2K欧姆。G为仪表放大器增益,Vout为采集的电压信号。
本发明的有益效果:
(1)采用石墨烯覆盖ITO电极的方法减小接触电阻,采用平面金电极作为栅极施加均匀电场,增加电解质与石墨烯的作用面积。通过上述两方面提高了检测灵敏度及检测范围,检测三磷酸腺苷的下限达到10pM。
(2)通过条件检测电路的平衡桥臂及放大电路的放大倍数,扩大了样品检测范围,实验获得三磷酸腺苷检测浓度范围达10pM-10μM,浓度范围覆盖6个数量级。
附图说明
图1,石墨烯场效应管生物传感器的制作示意图;
图2,石墨烯场效应管生物传感器的检测电路示意图;
图3,栅极电压与石墨烯场效应管的等效电阻关系图;
图4,ATP浓度与石墨烯场效应管的等效电阻关系图;
图5,石墨烯FET生物传感器原型器件实物对比图。
具体实施方式:
下面结合附图对本发明进行详细说明:
如图1所示,一种石墨烯场效应管生物传感器,包括玻璃基底,玻璃基底的两侧均设有ITO,部分同侧的玻璃基底及ITO的上面覆盖有石墨烯,没有覆盖石墨烯的玻璃基底及两侧的ITO位于同侧,没有覆盖石墨烯的两侧的ITO分别为源极和漏极,覆盖有石墨烯的ITO的上面覆盖有PET垫片,PET垫片上覆盖有溅射金膜的PET基底,利用绝缘硅胶在玻璃基底的中部设有一样品池,金膜为栅极。
没有覆盖石墨烯的玻璃基底及两侧的ITO尺寸分别为2mm*10mm及2mm*5mm;样品池的尺寸为:18mm*10mm*2mm;PET垫片尺寸为18*5mm,厚度为2mm;PET基底的尺寸为18*5mm,厚度为1mm,金膜的厚度为100nm;ITO的厚度为185nm。
一种石墨烯场效应管生物传感器的制作方法,包括以下步骤:
步骤一:利用化学气相沉积方法生长单层或多层石墨烯并将其转移覆盖至部分玻璃基底,氧化铟锡设于玻璃基底的两侧上且位于石墨烯之下且与石墨烯无PMMA残留的一面接触;
步骤二:石墨烯覆盖至玻璃基底后,用绝缘硅胶围成样品池,利用磁控溅射方法,在PET基底上溅射金膜,并将金膜作为栅极向下用绝缘硅胶固定于样品池之上,然后加样从而形成集成化的单一石墨烯FET器件。
步骤一中玻璃基底的尺寸为20*20mm,氧化铟锡电极尺寸为20*5mm,厚度为185nm;所述步骤一中利用化学气相沉积方法生长单层或多层石墨烯并将其转移覆盖至部分玻璃基底的转移方法为湿法转移方法;步骤一中氧化铟锡的上方,利用绝缘硅胶固定尺寸为18*5mm,厚度为2mm的PET垫片;步骤一中未被覆盖的氧化铟锡上涂抹导电银浆引出电极分别作为源极和漏极;步骤一中石墨烯的漏极与源极间电阻为1K欧姆。
步骤二中PET基底的尺寸为18*5mm,厚度为1mm,金膜的厚度为100nm;步骤二中将溅射有金膜的PET基底,金膜向下利用绝缘硅胶覆盖于PET垫片之上,从而形成尺寸为18mm*10mm*2mm的样品池。
单层或多层石墨烯,通过湿法转移方法将石墨烯转移覆盖至玻璃基底,并将ITO电极覆盖,控制生长石墨烯的层数,使其漏源极间电阻约为1K欧姆。
在未被覆盖的ITO上涂抹导电银浆引出电极分别作为源极和漏极。石墨烯FET生物传感器原型器件实物如图5所示。
如图2所示,一种石墨烯场效应管生物传感器的检测方法,包括以下步骤:
步骤一:将石墨烯场效应管生物传感器接入检测电路;
步骤二:加入待测样品,使用移液器向样品池中加入300uL去离子水,调节检测电路的Rref以及G,使输出电压信号范围处于0-2.5V范围,便于测量,通过公式计算石墨烯场效应管的等效电阻;
步骤三:吸出样品池中的样品,用去离子水清洗并烘干后,再次接入电路,再加入待测样品,实现重复测量。
步骤一中检测电路的为:石墨烯场效应管生物传感器的栅极与微处理器的D/A转换器相连,石墨烯场效应管生物传感器的源极和漏极分别与Rref及R1相连,Rref与R2串联,R1与R2的公共端与恒压源相连,石墨烯场效应管生物传感器的漏极及,Rref与R2的公共端分别与仪表放大器的两个输入端相连,仪表放大器的输出端与微处理器的A/D转换器相连,微处理器的通信单元与计算机相连。恒压源电压为2.5V,电阻R1=R2=1K欧姆,平衡电阻Rref为精密可调电阻,最大阻值为2K欧姆;
微处理器采集电压的范围为0-2.5V,模数转换精度最低为12位,采样速度至少为1Kbit/s;数模转换单元向栅极加载栅极电压,电压转换范围为0-2.5V,转换精度为12位;
石墨烯场效应管的等效电阻计算公式:
其中,Vconst为恒压源电压为2.5V,R1=R2=1K欧姆,Rref为可调电阻,最大为2K欧姆。G为仪表放大器增益,Vout为采集的电压信号。
(1)采用桥式平衡电路对FET生物传感器进行测量。
(2)采用仪表放大器测量石墨烯FET和的Rref电压差,仪表放大器的放大增益可调。差分电压经模数转换后由微处理器采集。
(3)微处理器控制数模转换单元向栅极加载栅极电压,电压转换范围为0-2.5V,转换精度为12位。
(4)通过USB或串口将采集的电压数值上传至计算机,
测量结果如图3-4所示,三磷酸腺苷测量栅极电压与石墨烯场效应管的等效电阻关系;三磷酸腺苷测量ATP浓度与石墨烯场效应管的等效电阻关系。
采用石墨烯覆盖ITO的方法减小接触电阻,采用平面金膜电极作为栅极施加均匀电场,增加电解质与石墨烯的作用面积,通过上述两方面提高了检测灵敏度及检测范围,检测三磷酸腺苷的下限达到10pM。
通过条件检测电路的平衡桥臂及放大电路的放大倍数,扩大了样品检测范围,实验获得三磷酸腺苷检测浓度范围达10pM-10μM,浓度范围覆盖6个数量级。
Claims (10)
1.一种石墨烯场效应管生物传感器,其特征是,包括玻璃基底,玻璃基底的两侧均设有ITO,部分同侧的玻璃基底及ITO的上面覆盖有石墨烯,没有覆盖石墨烯的玻璃基底及两侧的ITO位于同侧,没有覆盖石墨烯的两侧的ITO分别为源极和漏极,覆盖有石墨烯的ITO的上面覆盖有PET垫片,PET垫片上覆盖有溅射金膜的PET基底,利用绝缘硅胶在玻璃基底的中部设有一样品池,金膜为栅极。
2.如权利要求1所述的一种石墨烯场效应管生物传感器,其特征是,所述没有覆盖石墨烯的玻璃基底及两侧的ITO尺寸分别为2mm*10mm及2mm*5mm;
所述样品池的尺寸为:18mm*10mm*2mm;
所述PET垫片尺寸为18*5mm,厚度为2mm;
所述PET基底的尺寸为18*5mm,厚度为1mm,金膜的厚度为100nm;
所述ITO厚度为185nm。
3.一种石墨烯场效应管生物传感器的制作方法,其特征是,包括以下步骤:
步骤一:利用化学气相沉积方法生长单层或多层石墨烯并将其转移覆盖至部分玻璃基底,氧化铟锡设于玻璃基底的两侧上且位于石墨烯之下且与石墨烯无PMMA残留的一面接触;
步骤二:石墨烯覆盖至玻璃基底后,用绝缘硅胶围成样品池,利用磁控溅射方法,在PET基底上溅射金膜,并将金膜作为栅极向下用绝缘硅胶固定于样品池之上,然后加样从而形成集成化的单一石墨烯FET器件。
4.如权利要求3所述的一种石墨烯场效应管生物传感器的制作方法,其特征是,所述步骤一中玻璃基底的尺寸为20*20mm,氧化铟锡电极尺寸为20*5mm,厚度为185nm;
所述步骤一中利用化学气相沉积方法生长单层或多层石墨烯并将其转移覆盖至部分玻璃基底的转移方法为湿法转移方法;
所述步骤一中氧化铟锡的上方,利用绝缘硅胶固定尺寸为18*5mm,厚度为2mm的PET垫片;
所述步骤一中未被覆盖的氧化铟锡上涂抹导电银浆引出电极分别作为源极和漏极;
所述步骤一中石墨烯的漏极与源极间电阻为1K欧姆;
所述步骤二中PET基底的尺寸为18*5mm,厚度为1mm,金膜的厚度为100nm。
5.如权利要求3所述的一种石墨烯场效应管生物传感器的制作方法,其特征是,所述步骤二中在PET基底上溅射金膜,将溅射有金膜的PET基底金膜向下利用绝缘硅胶覆盖于PET垫片之上,从而形成尺寸为18mm*10mm*2mm的样品池。
6.一种石墨烯场效应管生物传感器的检测方法,其特征是,包括以下步骤:
步骤一:将石墨烯场效应管生物传感器接入检测电路;
步骤二:加入待测样品,使用移液器向样品池中加入300uL去离子水,调节检测电路的Rref以及G,使输出电压信号范围处于0-2.5V范围,便于测量,通过公式计算石墨烯场效应管的等效电阻;
步骤三:吸出样品池中的样品,用去离子水清洗并烘干后,再次接入电路,再加入待测样品,实现重复测量。
7.如权利要求6所述的一种石墨烯场效应管生物传感器的检测方法,其特征是,所述步骤一中检测电路的为:石墨烯场效应管生物传感器的栅极与微处理器的D/A转换器相连,石墨烯场效应管生物传感器的源极和漏极分别与Rref及R1相连,Rref与R2串联,R1与R2的公共端与恒压源相连,石墨烯场效应管生物传感器的漏极及,Rref与R2的公共端分别与仪表放大器的两个输入端相连,仪表放大器的输出端与微处理器的A/D转换器相连,微处理器的通信单元与计算机相连。
8.如权利要求6所述的一种石墨烯场效应管生物传感器的检测方法,其特征是,所述恒压源电压为2.5V,电阻R1=R2=1K欧姆,平衡电阻Rref为精密可调电阻,最大阻值为2K欧姆。
9.如权利要求6所述的一种石墨烯场效应管生物传感器的检测方法,其特征是,所述微处理器采集电压的范围为0-2.5V,模数转换精度最低为12位,采样速度至少为1Kbit/s;
所述数模转换单元向栅极加载栅极电压,电压转换范围为0-2.5V,转换精度为12位。
10.如权利要求6所述的一种石墨烯场效应管生物传感器的检测方法,其特征是,所述石墨烯场效应管的等效电阻计算公式:
其中,Vconst为恒压源电压为2.5V,R1=R2=1K欧姆,Rref为可调电阻,最大为2K欧姆。G为仪表放大器增益,Vout为采集的电压信号。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310322862.1A CN103399071B (zh) | 2013-07-29 | 2013-07-29 | 一种石墨烯场效应管生物传感器及其制作方法、检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310322862.1A CN103399071B (zh) | 2013-07-29 | 2013-07-29 | 一种石墨烯场效应管生物传感器及其制作方法、检测方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103399071A true CN103399071A (zh) | 2013-11-20 |
CN103399071B CN103399071B (zh) | 2015-03-25 |
Family
ID=49562734
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201310322862.1A Expired - Fee Related CN103399071B (zh) | 2013-07-29 | 2013-07-29 | 一种石墨烯场效应管生物传感器及其制作方法、检测方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103399071B (zh) |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103558266A (zh) * | 2013-10-24 | 2014-02-05 | 山东师范大学 | 一种石墨烯电容生物传感器及其制作方法、检测方法 |
CN105372435A (zh) * | 2014-08-26 | 2016-03-02 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 基于石墨烯的生物检测系统及其制作集成方法 |
CN105675700A (zh) * | 2016-01-12 | 2016-06-15 | 南京大学 | 一种基于层状材料场效应的生物物质传感器和生物物质探测系统 |
EP3070464A1 (en) * | 2015-03-18 | 2016-09-21 | Nokia Technologies OY | An apparatus and associated methods |
CN106093119A (zh) * | 2015-04-29 | 2016-11-09 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 生物器件及其生物感测方法 |
CN107032341A (zh) * | 2017-03-20 | 2017-08-11 | 南京邮电大学 | 一种石墨烯材料及其修饰方法与应用 |
CN107488583A (zh) * | 2017-06-21 | 2017-12-19 | 山东师范大学 | 一种石墨烯光电双重检测生物传感器、系统及方法 |
CN109358103A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-02-19 | 德州学院 | 基于石墨烯生物传感器检测鸟嘌呤核糖开关亲和力的方法 |
CN110684652A (zh) * | 2019-10-30 | 2020-01-14 | 德州学院 | 一种石墨烯核酸生物传感器、其制备方法及应用 |
CN110699431A (zh) * | 2019-10-25 | 2020-01-17 | 德州学院 | 基于三维石墨烯生物传感器检测癌症标志物MicroRNA的方法 |
CN113125530A (zh) * | 2020-03-09 | 2021-07-16 | 德州学院 | 石墨烯生物传感器及制备方法与检测大肠杆菌的方法 |
CN113984695A (zh) * | 2021-10-28 | 2022-01-28 | 福州大学 | 一种检测尿液外观的传感器 |
CN115032246A (zh) * | 2022-06-09 | 2022-09-09 | 大连理工大学 | 一种基于激光诱导石墨烯的场效应管生物传感器 |
CN115616058A (zh) * | 2021-07-16 | 2023-01-17 | 德州奥格锐生生物科技有限公司 | 石墨烯传感器及制作方法、肝细胞分化实时原位检测方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050263410A1 (en) * | 2004-05-28 | 2005-12-01 | Chung Yuan Christian University | Ion-selective electrodes and method of fabricating sensing units thereof |
CN101442105A (zh) * | 2007-11-21 | 2009-05-27 | 中国科学院化学研究所 | 一种有机场效应晶体管及其专用源漏电极与制备方法 |
JP2010161288A (ja) * | 2009-01-09 | 2010-07-22 | Mitsumi Electric Co Ltd | 電界効果トランジスタおよびその製造方法 |
CN102590309A (zh) * | 2012-02-03 | 2012-07-18 | 游学秋 | 石墨烯晶体管及其生物传感器的制作与应用方法 |
CN102957994A (zh) * | 2012-10-26 | 2013-03-06 | 山东师范大学 | 石墨烯薄膜式扬声器及其制备方法 |
-
2013
- 2013-07-29 CN CN201310322862.1A patent/CN103399071B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050263410A1 (en) * | 2004-05-28 | 2005-12-01 | Chung Yuan Christian University | Ion-selective electrodes and method of fabricating sensing units thereof |
CN101442105A (zh) * | 2007-11-21 | 2009-05-27 | 中国科学院化学研究所 | 一种有机场效应晶体管及其专用源漏电极与制备方法 |
JP2010161288A (ja) * | 2009-01-09 | 2010-07-22 | Mitsumi Electric Co Ltd | 電界効果トランジスタおよびその製造方法 |
CN102590309A (zh) * | 2012-02-03 | 2012-07-18 | 游学秋 | 石墨烯晶体管及其生物传感器的制作与应用方法 |
CN102957994A (zh) * | 2012-10-26 | 2013-03-06 | 山东师范大学 | 石墨烯薄膜式扬声器及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
WEIWEI YUE等: "《Fabrication of integrated field-effect transistors and detecting system based on CVD grown graphene》", 《SENSORS AND ACTUATORS B: CHEMICAL》 * |
Cited By (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103558266A (zh) * | 2013-10-24 | 2014-02-05 | 山东师范大学 | 一种石墨烯电容生物传感器及其制作方法、检测方法 |
CN105372435A (zh) * | 2014-08-26 | 2016-03-02 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 基于石墨烯的生物检测系统及其制作集成方法 |
CN105372435B (zh) * | 2014-08-26 | 2017-12-05 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 基于石墨烯的生物检测系统及其制作集成方法 |
EP3070464A1 (en) * | 2015-03-18 | 2016-09-21 | Nokia Technologies OY | An apparatus and associated methods |
WO2016146883A1 (en) * | 2015-03-18 | 2016-09-22 | Nokia Technologies Oy | An apparatus and associated methods |
CN106093119A (zh) * | 2015-04-29 | 2016-11-09 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 生物器件及其生物感测方法 |
US11828722B2 (en) | 2015-04-29 | 2023-11-28 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Biological device and biosensing method thereof |
CN106093119B (zh) * | 2015-04-29 | 2020-08-14 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 生物器件及其生物感测方法 |
CN105675700A (zh) * | 2016-01-12 | 2016-06-15 | 南京大学 | 一种基于层状材料场效应的生物物质传感器和生物物质探测系统 |
CN105675700B (zh) * | 2016-01-12 | 2019-01-11 | 南京大学 | 一种基于层状材料场效应的生物物质传感器和生物物质探测系统 |
CN107032341B (zh) * | 2017-03-20 | 2019-02-12 | 南京邮电大学 | 一种石墨烯材料及其修饰方法与应用 |
CN107032341A (zh) * | 2017-03-20 | 2017-08-11 | 南京邮电大学 | 一种石墨烯材料及其修饰方法与应用 |
CN107488583A (zh) * | 2017-06-21 | 2017-12-19 | 山东师范大学 | 一种石墨烯光电双重检测生物传感器、系统及方法 |
CN107488583B (zh) * | 2017-06-21 | 2020-11-20 | 山东师范大学 | 一种石墨烯光电双重检测生物传感器、系统及方法 |
CN109358103A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-02-19 | 德州学院 | 基于石墨烯生物传感器检测鸟嘌呤核糖开关亲和力的方法 |
CN110699431A (zh) * | 2019-10-25 | 2020-01-17 | 德州学院 | 基于三维石墨烯生物传感器检测癌症标志物MicroRNA的方法 |
CN110684652A (zh) * | 2019-10-30 | 2020-01-14 | 德州学院 | 一种石墨烯核酸生物传感器、其制备方法及应用 |
CN113125530A (zh) * | 2020-03-09 | 2021-07-16 | 德州学院 | 石墨烯生物传感器及制备方法与检测大肠杆菌的方法 |
CN115616058A (zh) * | 2021-07-16 | 2023-01-17 | 德州奥格锐生生物科技有限公司 | 石墨烯传感器及制作方法、肝细胞分化实时原位检测方法 |
CN113984695A (zh) * | 2021-10-28 | 2022-01-28 | 福州大学 | 一种检测尿液外观的传感器 |
CN113984695B (zh) * | 2021-10-28 | 2023-12-29 | 福州大学 | 一种检测尿液外观的传感器 |
CN115032246A (zh) * | 2022-06-09 | 2022-09-09 | 大连理工大学 | 一种基于激光诱导石墨烯的场效应管生物传感器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103399071B (zh) | 2015-03-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103399071B (zh) | 一种石墨烯场效应管生物传感器及其制作方法、检测方法 | |
Lue et al. | pH sensing reliability of flexible ITO/PET electrodes on EGFETs prepared by a roll-to-roll process | |
US9006738B2 (en) | Reducing capacitive charging in electronic devices | |
Vacic et al. | Multiplexed SOI BioFETs | |
Ha et al. | Novel structured light-addressable potentiometric sensor array based on PVC membrane for determination of heavy metals | |
US20090273356A1 (en) | Insulated substrate impedance transducers | |
Cho et al. | Sensing properties of separative paper-based extended-gate ion-sensitive field-effect transistor for cost effective pH sensor applications | |
CN103901089A (zh) | 检测神经细胞电生理信号的传感器及制作方法和检测方法 | |
CN103558266B (zh) | 一种石墨烯电容生物传感器及其制作方法、检测方法 | |
US11307162B2 (en) | Highly sensitive biomarker biosensors based on organic electrochemical transistors | |
Ma et al. | Cell constant studies of bipolar and tetrapolar electrode systems for impedance measurement | |
Yue et al. | Fabrication of integrated field-effect transistors and detecting system based on CVD grown graphene | |
US20140295573A1 (en) | Biosensor with dual gate structure and method for detecting concentration of target protein in a protein solution | |
CN103376284A (zh) | 一种多参数低功耗电流模离子敏场效应管阵列传感器装置 | |
CN107488709A (zh) | 光纤场效应管生物传感器、生物检测装置及方法 | |
CN104458848A (zh) | 一种pH指示与自校准的梳状纳米传感器及其制备方法 | |
CN107037108B (zh) | 采用MoS2薄膜FET检测葡萄糖溶液浓度的方法 | |
CN102305818A (zh) | 一种电化学生物传感器测量系统 | |
Ma et al. | Heterogeneously integrated impedance measuring system with disposable thin-film electrodes | |
US9103773B2 (en) | Capacitive element sensor and method for manufacturing same | |
CN205175960U (zh) | 一种生物大分子荷质比的测量装置 | |
PH12020551960A1 (en) | Biosensor with porous wicking layer | |
Kuo et al. | Analysis of CMOS Extended-Gate Field-Effect Transistor With On-Chip Window Based on Uricase/RuO 2 Sensing Film | |
US20240077476A1 (en) | Biosensor and a biosensing kit | |
Hossain et al. | Micro-heater embedded ISFET pH sensor with high-k gate dielectrics for enhanced sensitivity |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150325 Termination date: 20150729 |
|
EXPY | Termination of patent right or utility model |