CN114674902A - 一种超低限检测c反应蛋白的薄膜晶体管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物传感器技术领域，涉及一种超低限检测C反应蛋白的薄膜晶体管及其制备方法；包括衬底、栅极、绝缘层、P3HT有源层，设置于所述有源层上的源极和漏极；绝缘层包括设置在所述栅极上的PVA绝缘层和设置在所述PVA绝缘层上的PMMA绝缘层；在P3HT有源层通道上固定有anti‑CRP；本发明采用双介电层结构和3D打印技术相结合进行生物传感器制备；通过物理吸附anti‑CRP修饰有源层实现了对CRP的低至pM水平的高选择性检测，不需要复杂的修饰方法来固定anti‑CRP，本发明制备的薄膜晶体管用于检测C反应蛋白，检测限低至1.8pmol/L。

Description

一种超低限检测C反应蛋白的薄膜晶体管及其制备方法
技术领域
本发明属于生物传感器技术领域，涉及一种超低限检测C反应蛋白的薄膜晶体管及其制备方法。
背景技术
CRP是一种在机体受到损伤或者感染时血浆中急剧上升的蛋白质(急性期蛋白)，是急性疾病的非特异性标志物，可以作为炎症标志物反应出机体的生理状态。已经有研究表明，当机体受到感染产生炎症的情况下，CRP的浓度会在短时间内急剧上升，甚至会达到200μg/ml，然而CRP正常水平几乎为0。另外，CRP在血浆中的含量也可以用来预测心血管疾病的发生。血清中CRP浓度介于1-3μg/ml时，患心血管疾病的概率较低，如果高于3μg/ml，患心血管疾病的概率就会极大的提升。随着恶行肿瘤的患病率逐年升高，血清中的CRP含量还可以作为诊断恶行肿瘤的重要指标。所以对于CRP生物传感器，需要具有较宽的动态检测范围和较低的检测限。
晶体管生物传感器因其灵敏度高，响应速度快，生物相容性好等特性，在生物分子检测领域引起了广泛关注。有机场效应晶体管（OFET）是由栅极，源极和漏极构成的三端子器件，有机半导体横跨源极和漏极形成有源层通道，栅极电压通过在栅极和有源层之间存在的介电层产生场效应对有源层的载流子进行调制。OFET作为生物传感器需要对有源层，介电层或者栅极等功能层进行生物分子的固定，一般可以分为化学共价结合和直接物理吸附两种方式。化学共价结合是对功能层进行表面处理或者引入官能团对有源层进行修饰，通过共价键将生物分子固定在有源层上，操作程序复杂且耗时。直接物理吸附不需要繁琐的操作和过多的试剂，可以通过分子间的作用力固定生物分子。相比于化学共价结合，直接物理吸附不会破坏生物分子之间的化学键，能够保证生物分子的完整性。
在目前报道的CRP的检测方法中，使用生物传感器进行检测的方法如表面等离子共振法（SPR）、局部表面等离子共振法（LSPR）、损耗模态共振法（LMR）等，可以实现CRP的快速，无标记检测。但是这些传感器的结构和制备工艺相当复杂，经常需要大型仪器和耗费大量的时间，不能形成批量化生产。并且检测限不够低，不能准确地反应患者的C反应蛋白的含量，从而不能准确判断其患病情况，延误了时机。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提出一种超低限检测C反应蛋白的薄膜晶体管及其制备方法。解决C反应蛋白检测限高的问题。
为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。
一种超低限检测C反应蛋白的薄膜晶体管，包括衬底、设置于衬底上的栅极、设置于所述栅极上的绝缘层、设置于所述绝缘层上的P3HT有源层，设置于所述有源层上的源极和漏极；所述绝缘层包括设置在所述栅极上的PVA绝缘层和设置在所述PVA绝缘层上的PMMA绝缘层；在P3HT有源层通道上固定有anti-CRP。
优选的，所述的源极和漏极上设置有保护层。
优选的，所述栅极为聚对苯二甲酸乙二醇酯/氧化铟锡薄膜。
超低限检测C反应蛋白的薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：
1）将栅极固定在衬底上，在栅极上滴涂聚乙烯醇溶液，固化后，滴涂聚甲基丙烯酸甲酯溶液，再次固化，制备得到PVA/PMMA绝缘层。
2）在PVA/PMMA绝缘层上旋涂制备P3HT有源层。
3）在P3HT有源层两侧分别制备源极和漏极，在源极和漏极之间形成P3HT有源层通道。
4）在所述源极和漏极上方覆盖PDMS，形成疏水性的保护层。
5）在所述的P3HT有源层通道上滴加anti-CRP溶液进行孵育；再滴加牛血清白蛋白溶液作为阻断剂，得到所述的薄膜晶体管。
优选的，所述的源极和漏极是通过3D打印的方法制备。
优选的，所述聚乙烯醇溶液为水溶液，浓度为12-17mg/ml。
优选的，所述聚甲基丙烯酸甲酯溶液为苯甲醚溶液，浓度为4-6mg/ml。
优选的，旋涂采用的P3HT溶液为邻二氯苯溶液，浓度为6-10mg/ml。
优选的，所述anti-CRP溶液浓度为80-90μg/ml。
更优的，牛血清白蛋白溶液浓度为0.3mg/ml。
本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：
本发明采用双介电层结构和3D打印技术相结合进行生物传感器制备，成本很低；通过物理吸附anti-CRP修饰有源层实现了对CRP在pM水平的高选择性检测，不需要复杂的修饰方法来固定anti-CRP，节省制备时间。
本发用PMMA修饰PVA，PMMA本身可以单独作为绝缘层，因为其与P3HT有着良好的接触，但是会受到P3HT溶剂的腐蚀，容易使晶体管栅源漏电，器件失效。因此用PVA做绝缘，修饰PMMA后与有源层接触，这样PVA负责绝缘防止漏电，而PMMA与P3HT有着更好的亲疏水性，使得绝缘层与有源层形成良好的接触。通过实验表明，本发明制备的薄膜晶体管用于检测C反应蛋白，检测限低至1.8pmol/L（pM）。
附图说明
图1是本发明所述超低限检测C反应蛋白的薄膜晶体管的结构示意图。
其中，1为衬底，2为栅极，3为PVA绝缘层，4为PMMA绝缘层，5为有源层，6为源极，7为保护层，8为漏极，9为保护层，10为修饰的抗体。
图2是实施例1制备得到的薄膜晶体管的输出特性曲线。
图3是实施例1制备得到的薄膜晶体管的转移特性曲线。
图4是实施例1制备得到的薄膜晶体管进行表面anti-CRP修饰后转移特性曲线的偏移结果。
图5是实施例1制备得到的薄膜晶体管进行anti-CRP/BSA功能化的校准曲线。
图6是实施例1制备得到的薄膜晶体管暴露于浓度增加的CRP溶液中的转移曲线。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
实施例1：
一种超低限检测C反应蛋白的薄膜晶体管的制备方法，具体包括以下步骤：
1）基底处理：将PET/ITO薄膜固定在玻璃片上，氧等离子亲水处理1min；其中，玻璃片是衬底1，PET/ITO薄膜是栅极2。
2）有源层材料：在栅极2上滴涂浓度为15mg/ml 的PVA水溶液500μl，自然固化12小时，形成PVA绝缘层3。之后在60℃烘箱中退火2h，滴涂浓度为5mg/ml的 PMMA苯甲醚溶液500μl，90℃烘箱退火30min，形成PMMA绝缘层4。
3）有源层旋涂：在PVA/PMMA上2000r/min旋涂8mg/ml P3HT临二氯苯溶液，热板120℃退火10min，形成有源层5。
4）源漏极打印：3D打印银胶电极，在有源层4两侧形成源极6和漏极8；源极6和漏极8的宽长比为20 (宽20mm，长1mm)。
5）在所述源极和漏极上方覆盖PDMS，形成疏水性的保护层。
6）抗体表面修饰：在P3HT有源层通道上滴加浓度为85μg/ml的 anti-CRP溶液2μl，孵育30min，随后用PBS溶液冲洗三次，在氮气环境下吹干，再滴加0.3mg/ml BSA溶液作为阻断剂，避免非特异性吸附，PBS溶液冲洗三次，在氮气环境下吹干，这样在P3HT有源层通道上修饰了anti-CRP，即修饰的抗体10；得到修饰后的P3HT薄膜晶体管，具体参见图1。
7）CRP测试：将修饰后的P3HT薄膜晶体管置于5pM、50pM、5×102pM、5×103pM、5×104pM、5×105pM、5×106pM的CRP溶液中获得校准曲线如图5所示。测量CRP浓度为1.8pM(重复10次)的电流响应是空白对照组的8倍，证明该方法可以检测低至1.8pM的CRP。
实施例2：
将实施例1制备得到的传感器分别置于5pM、50pM、5×102pM、5×103pM、5×104pM、5×105pM、5×106pM的CRP溶液中获得的转移曲线如图6所示。在图中可以看出在CRP浓度低至5pM时仍然具有明显的电流变化。
对比例1：
以实施例1制备的修饰后的P3HT薄膜晶体管与其余常用的CRP检测试剂及检测方法进行比对，为了使结果更容易进行比较，所有浓度均以体积摩尔浓度表示，并列出其检测介质，考察其检测限，结果如下：
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE002
结果表明，本发明专利所用方法检测限远远低于所列三种常用检测方法。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (10)

1.一种超低限检测C反应蛋白的薄膜晶体管，包括衬底、设置于衬底上的栅极、设置于所述栅极上的绝缘层、设置于所述绝缘层上的P3HT有源层，设置于所述有源层上的源极和漏极；其特征在于，所述绝缘层包括设置在所述栅极上的PVA绝缘层和设置在所述PVA绝缘层上的PMMA绝缘层；在P3HT有源层通道上固定有anti-CRP。
2.根据权利要求1所述的一种超低限检测C反应蛋白的薄膜晶体管，其特征在于，所述的源极和漏极上设置有保护层。
3.根据权利要求1所述的一种超低限检测C反应蛋白的薄膜晶体管，其特征在于，所述栅极为聚对苯二甲酸乙二醇酯/氧化铟锡薄膜。
4.如权利要求1-3任意一项所述的超低限检测C反应蛋白的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将栅极固定在衬底上，在栅极上滴涂聚乙烯醇溶液，固化后，滴涂聚甲基丙烯酸甲酯溶液，再次固化，制备得到PVA/PMMA绝缘层；
2）在PVA/PMMA绝缘层上旋涂制备P3HT有源层；
3）在P3HT有源层两侧分别制备源极和漏极，在源极和漏极之间形成P3HT有源层通道；
4）在所述源极和漏极上方滴涂PDMS，固化形成疏水性的保护层；
5）在所述的P3HT有源层通道上滴加anti-CRP溶液进行孵育；再滴加牛血清白蛋白溶液作为阻断剂，得到所述的薄膜晶体管。
5.根据权利要求4所述的超低限检测C反应蛋白的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述的源极和漏极是通过3D打印的方法制备。
6.根据权利要求4所述的超低限检测C反应蛋白的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇溶液为水溶液，浓度为12-17mg/ml。
7.根据权利要求4所述的超低限检测C反应蛋白的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯溶液为苯甲醚溶液，浓度为4-6mg/ml。
8.根据权利要求4所述的超低限检测C反应蛋白的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，旋涂采用的P3HT溶液为邻二氯苯溶液，浓度为6-10mg/ml。
9.根据权利要求4所述的超低限检测C反应蛋白的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述anti-CRP溶液浓度为80-90μg/ml。
10.根据权利要求9所述的超低限检测C反应蛋白的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，牛血清白蛋白溶液浓度为0.3mg/ml。
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