CN103630574A - 一种石墨烯dna传感器的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石墨烯DNA传感器的制备方法，该方法包括下述步骤：1）生长石墨烯；2）在步骤1）中得到的石墨烯的表面连上金纳米粒子；3）将得到的表面连有金纳米粒子的石墨烯，制备成石墨烯晶体管器件。4)通过石墨烯表面的金纳米粒子，连接DNA，实现石墨烯DNA传感器的制备。

Description

一种石墨烯DNA传感器的制备方法

技术领域

一种石墨烯DNA传感器的制备方法,属于生物医学领域中的方法学研究。

背景技术

目前存在的石墨烯传感器，多是以石墨烯氧化物为基础，利用石墨烯氧化物能淬灭荧光的特性，来检测末端标记荧光的DNA序列，这种方法能够检测的样本非常有限，而且需要荧光标记，在检测的灵敏度、特异性等方面仍存在一定的局限性。Li等2009年在Science上报道使用化学气相沉积法，在制备大尺寸、高质量石墨烯薄膜方面取得的重大突破(Li,X.S.,Cai,W.W.,An,J.H.，Kim,S.,Nah,J.,Yang,D.X.,Piner,R.,Velamakanni,A.,Jung,I.,Tutuc,E.,Banerjee,S.K.,Colombo,L.,Ruoff,R.S.,Large-Area Synthesis of High-Quality and Uniform Graphene Films on Copper Foils,Science,2009,324:1312-1314.)，这为大规模地应用石墨烯制备DNA传感器提供了机遇，为充分利用石墨烯的良好的导电性和化学稳定性，有必要进一步发展以单层石墨烯为基础更为优良的DNA传感器。

单层石墨烯每个原子都在表面上，具有亚纳米/单原子层的厚度，对外界分子的光响应与电响应极其灵敏，具有化学稳定性，因此可以作为一种理想的导电材料，同时石墨烯的平面二维结构与传统的平板加工技术兼容，在DNA传感器方面具有巨大的潜在应用(Siwy Z.S.,Davenport M.Nanopores:Graphene opens up toDNA.Nat.Nanotechnol.2010,5:697-698.)(Pei H.,Li J.,Lv M.,Wang J.,Gao J.,Lu J.,Li Y.,Huang Q.,Hu J.,Fan C.,A graphene-based sensor array for high-precision and adaptive target identification with ensembleaptamers,Journal of the American Chemical Society,2012,134(33):13843-13849.)。我们充分利用石墨烯良好的导电性以及能大面积生长的现状，制备出石墨烯DNA传感器（图1）：巯基修饰的DNA通过化学反应固定在表面具有金纳米粒子的石墨烯上，降低其电阻，提高石墨烯的导电性，在石墨烯表面通过微纳加工工艺制备具有电极的器件，以石墨烯作为导电材料，构成电极-DNA-电极的传感器模式构建DNA传感器，从而实现高灵敏、无标记的检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨烯DNA传感器及其制备方法。

一种石墨烯DNA传感器，包括两端具有电极的石墨烯晶体管器件，在石墨烯晶体管器件的石墨烯表面上通过金纳米粒子连接DNA。

上述石墨烯DNA传感器的制备方法是：首先制备两端具有电极的石墨烯晶体管器件，然后在石墨烯晶体管器件的石墨烯表面上通过金纳米粒子连接DNA，从而构成石墨烯DNA传感器。

具体包括下述步骤：

1）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；

2）把铜箔上生长的石墨烯浸泡在金纳米粒子溶液中；

3）将步骤2）得到的表面修饰有金纳米粒子的石墨烯，制备石墨烯晶体管器件；

4）在3）中加入末端有巯基修饰的DNA样本，在37℃下杂交60min后，超纯水冲洗。

其中，步骤3）中石墨烯利用柔性的聚甲基丙烯酸甲酯高分子膜做载体，从铜箔转移到含有300nm热氧化层二氧化硅的高掺杂的硅片上，所述石墨烯器件包括栅极、源极、漏极和导电沟道，所述导电沟道为表面修饰有金纳米粒子的石墨烯，单个石墨烯晶体管器件组成石墨烯晶体管器件阵列。

本发明提供的一种石墨烯DNA传感器的制备方法，具有以下优点：

1、本发明仅仅是将DNA连接在石墨烯的表面的金纳米粒子上，即可进行DNA的检测，是一种无标记检测方法。

2、本发明充分利用制备的石墨烯传感器的良好的导电性，能对样本进行高灵敏性的检测，具有很好的稳定性。

附图说明

图1石墨烯DNA传感器示意图。S为源极，D为漏极，1为石墨烯表面，2为金纳米粒子，3为DNA。

具体实施方式

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

本发明的石墨烯DNA传感器如图1，S为源极，D为漏极，石墨烯晶体管器件上石墨烯表面1上通过金纳米粒子2连接DNA3，从而构成石墨烯DNA传感器。

具体制备步骤是：

1）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；在CVD(Chemical Vapor Deposition,化学气相沉积)中放入铜箔，通入氢气和甲烷，在1050℃下反应后，氢气进行冷却保存。

2）把铜箔上生长的石墨烯浸泡在金纳米粒子溶液中；在CVD中的铜箔上生长石墨烯后，把该铜箔浸泡在10nm大小的金纳米粒子中过夜，然后用水冲洗后取出。

3)制备器件：a)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2min，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。

b)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；

c）在步骤b得到的有金属标记的石墨烯上旋涂光刻胶2，通过步骤b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℃退火，清洁石墨烯条带的表面；

d）在步骤c得到的有石墨烯条带的硅片上旋涂光刻胶3，通过步骤b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。

4）在3）中制备的石墨烯晶体管器件上，加入末端有巯基修饰的浓度为10μM的DNA序列HS-ATAGCGAGCAGATTAAG(SEQ ID NO.1)，在37℃下过夜浸泡后，超纯水冲洗,探针台检测，获得清晰的检测信号。

Claims (4)

1. 一种石墨烯DNA传感器，包括两端具有电极的石墨烯晶体管器件，其特征在于，在石墨烯晶体管器件的石墨烯表面上通过金纳米粒子连接DNA。

2.根据权利要求1所述石墨烯DNA传感器的方法，其特征在于：首先在石墨烯晶体管器件的石墨烯表面上通过金纳米粒子连接DNA，然后制备两端具有电极的石墨烯晶体管器件，从而构成石墨烯DNA传感器。

3.根据权利要求2所述的石墨烯DNA传感器的制备方法，其特征在于包括下述步骤：

1）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； 

2）把铜箔上生长的石墨烯浸泡在金纳米粒子溶液中；

3）将步骤2）得到的表面修饰有金纳米粒子的石墨烯，制备石墨烯晶体管器件；

4）在3）中加入末端有巯基修饰的DNA样本，在37°C下杂交60 min后，超纯水冲洗。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤3）中石墨烯利用柔性的聚甲基丙烯酸甲酯高分子膜做载体，从铜箔转移到含有300nm热氧化层二氧化硅的高掺杂的硅片上，构建石墨烯晶体管器件。