CN203732494U - 一种石墨烯场效应晶体管生物传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于提供一种石墨烯场效应晶体管生物传感器，包括基底层，所述基底层上设有传感阵列、电垫和导线，所述传感阵列包括至少3条平行的金属电极，每两条顺次相邻的金属电极组合构成一组金属电极对，共组成至少2组金属电极对，所述每组金属电极对的两个金属电极之间设有石墨烯导电通道，所述传感阵列中的每条金属电极分别通过导线与电垫连接，所述电垫与外侧信号检测装置连接。本实用新型传感器可以同时检测多个样本或对同一个样本同时进行多组平行检测，具有高通量、高灵敏度、分析速度快、体积小、试样用量少，成本低、易于大批量制备的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及生物传感器，特别涉及一种石墨烯场效应晶体管生物传感器。
背景技术
随着医学技术的进步和仪器设备的更新换代与发展，临床对许多疾病的诊断、治疗监测和预后评估都越来越依靠实验室提供的数据。临床对实验室的总体要求是报告快速、结果准确。虽然目前检验医学发展日新月异，先进的自动化检测仪器发展较快，许多专业检测技术和方法都实现了自动化，检测项目多，但其检测技术和方法仍存在一定局限性和不足，主要体现在以下几个方面：（1）速度慢：如临床微生物学检验，由于微生物培养所需时间长，报告不够快速；（2）所需标本量较大：如血液流变学分析，一次分析需全血约5ml；（3）敏度低：如感染性疾病诊断技术方面，有些方法的灵敏度还不能满足临床的需要，易造成漏诊；（4）准确性低：如聚合酶链反应，方法灵敏度高，但影响因素多，易污染，致结果假阳性和假阴性。
近年来，以生物传感器为代表的新型分子识别技术，由于其具有实时检测、准确定量、灵敏度高、特异性高、无须标记、经济性等特点，逐渐受到研究者的重视，被认为是现代临床诊断和检验的一个新的发展方向。在基因、蛋白、细胞、病原微生物等检测方面得到了极大的应用。同时生物传感器具有操作简单、环境要求简单、检测设备易于微型化等特点，使其具有更大的临床应用价值。
石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料，是碳的二维结构。和其它结构相比，石墨烯具有极高的电导率、热导率、及出色的机械强度；并且作为单原子平面二维晶体，石墨烯在高灵敏度检测领域具有独特的优势。目前，石墨烯生物传感器的研究和开发才刚刚起步，现阶段研制的石墨烯生物传感器主要是基于“自上而下”方法来制备的。
利用化学方法合成石墨烯，建立石墨烯的化学修饰和功能化，构建基于石墨烯的场效应晶体管生物传感器。在该传感器表面固定化不同的生物分子如蛋白质，DNA作为受体，重点开展针对与目前全世界范围内的流行性疾病，例如肝炎、爱滋病、肺结核、头号杀手癌症和致命杀手心脏病等疾病相关的疾病的诊断研究。
石墨烯场效应晶体管生物传感器以电子检测为手段，以其无需标记、灵敏度高、轻巧方便、携带方便、能与现代微电子技术联用、易于实现微型化和集成化等优点，必将在临床疾病诊断方面发挥重要作用。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种可以同时检测多个样本或对同一个样本同时进行多组平行检测的的石墨烯场效应晶体管生物传感器。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种石墨烯场效应晶体管生物传感器，其特征在于：它包括基底层，所述基底层上设有传感阵列、电垫和导线，所述传感阵列包括至少3条平行的金属电极，每两条顺次相邻的金属电极组合构成一组金属电极对，共组成至少2组金属电极对，所述每组金属电极对的两个金属电极之间设有石墨烯导电通道，所述传感阵列中的每条金属电极分别通过导线与电垫相连接，所述电垫与外侧信号检测装置连接。
上述方案中，所述传感阵列包括7条平行的金属电极，每两条顺次相邻的金属电极组合构成一组金属电极对，共组成6组金属电极对，所述7条金属电极各通过一根导线与一个电垫相连接。
上述方案中，所述石墨烯导电通道由石墨烯覆盖在各组金属电极对的两个电极之间形成。
上述方案中，所述石墨烯为连接有探针分子修饰的石墨烯；具体地，所述石墨烯可为通过化学键键连有PNA修饰的PNA-石墨烯。
上述方案中，所述基底层由硅基质及沉积在硅基质上的二氧化硅构成。
本实用新型的有益效果：
本实用新型所述的石墨烯场效应晶体管生物传感器可以同时检测多个样本或对同一个样本同时进行多组平行检测，具有高通量、高灵敏度、分析速度快、体积小、试样用量少，成本低、易于大批量制备的优点。
附图说明
图1为实用新型石墨烯场效应晶体管生物传感器的平面图。
图2为图1中传感阵列的放大图。
图3为图1中传感针列的纵向剖视图。
图4为本实用新型中石墨烯场效应晶体管的使用示意图。
图中：1为传感阵列，2为电垫（pad），3为导线，4为金属电极，5为石墨烯导电通道，6为硅基质，7为二氧化硅，8为银线。
具体实施方式
为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例进一步阐明本实用新型的内容，但不仅仅局限于下面的实例。
实施例1
参照图1、图2和图3所示，本实用新型石墨烯场效应晶体管生物传感器，包括基底层，所述基底层由硅基质（6）及沉积在硅基质上的二氧化硅（7）构成，基底层上设有传感阵列（1）、电垫（2）和导线（3），所述传感阵列包括7条平行的金属电极（4），每两条顺次相邻的金属电极组合构成一组金属电极对，共组成6组金属电极对，所述每组金属电极对的两条金属电极之间通过覆盖石墨烯形成石墨烯导电通道（5），所述7条金属电极各通过一根导线与一个电垫相连接，所述电垫与外侧信号检测装置连接。
如图4所示，本实施例石墨烯场效应晶体管生物传感器的使用方法如下：
对1个样本同时进行多组平行检测的方法：
（1）首先在传感阵列处滴加10μL0.01xPBS缓冲液，使该缓冲液覆盖6组金属电极对，再在该缓冲液液滴上插入一根银线（8）作为栅极，每组金属电极对的两个金属电极分别与电垫相连接，再由电垫、栅极和外侧信号检测装置连接形成一个独立的电流通路，测定每组未杂交DNA的PNA所对应的电流；
（2）然后在传感阵列处滴加一滴含DNA待测样本的反应液，使该反应液滴覆盖6组金属电极对，待样本中DNA与石墨烯上的PNA杂交1小时后，冲洗吹干，再在传感阵列处滴加10μL0.01xPBS缓冲液，使该缓冲液覆盖6组金属电极对，再在该缓冲液液滴上插入一根银线作为栅极，每组金属电极对的两个金属电极分别与电垫相连接，再由电垫、栅极和外侧信号检测装置连接形成一个独立的电流通路，测定PNA和DNA杂交后所对应的电流，由此形成6个独立的电流通路实现对待测样本的6组平行检测。
同时进行多个样本检测的检测方法：
（1）首先在传感阵列处滴加10μL0.01xPBS缓冲液，使该缓冲液覆盖6组金属电极对，再在该缓冲液液滴上插入一根银线（8）作为栅极，每组金属电极对的两个金属电极分别与电垫相连接，再由电垫、栅极和外侧信号检测装置连接形成一个独立的电流通路，测定每组未杂交DNA的PNA所对应的电流；
（2）在传感阵列的6组金属电极对中分别滴加待检测的反应液样本，待各样本中DNA与石墨烯上的PNA杂交1小时后，冲洗吹干，然后在传感阵列处滴加10μL0.01xPBS缓冲液，该缓冲液覆盖6组金属电极对，再在该缓冲液液滴上插入一根银线作为栅极，每组金属电极对的两个金属电极分别与电垫相连接，再由电垫、栅极和外侧信号检测装置连接形成一个独立的电流通路，测定PNA和DNA杂交后所对应的电流，由此形成6个独立的电流通路实现对6个独立检测样本的同时检测。
具体地，所述的反应液中含有的待测目标DNA滴加到金属电极对上时，待测目标DNA会与石墨烯上的PNA相互杂交，杂交后DNA上的核苷酸与石墨烯发生相互作用，使石墨烯发生n型掺杂，从而引起石墨烯狄拉克点的变化，然后通过外侧电信号检测装置即可以观察到待测目标DNA的浓度相对于电信号的变化。由此，可以通过这种电信号的变化来确定未知待测目标DNA的浓度。同理，也可将抗原或抗体固定在石墨烯上，来检测抗体分子或抗原分子。
综上，本实施例所述的石墨烯场效应晶体管生物传感器可以实现多个样本的同时检测或对同一个样本同时进行多组平行检测的目的，并具有高通量、高灵敏度、分析速度快、体积小、试样用量少，成本低、易于大批量制备的优点。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种石墨烯场效应晶体管生物传感器，其特征在于：它包括基底层，所述基底层上设有传感阵列、电垫和导线，所述传感阵列包括至少3条平行的金属电极，每两条顺次相邻的金属电极组合构成一组金属电极对，共组成至少2组金属电极对，所述每组金属电极对的两个金属电极之间设有石墨烯导电通道，所述传感阵列中的每条金属电极分别通过导线与电垫相连接，所述电垫与外侧信号检测装置连接。
2.根据权利要求1所述石墨烯场效应晶体管生物传感器，其特征在于：所述传感阵列包括7条平行的金属电极，每两条顺次相邻的金属电极组合构成一组金属电极对，共组成6组金属电极对，所述7条金属电极各通过一根导线与一个电垫相连接。
3.根据权利要求1或2所述石墨烯场效应晶体管生物传感器，其特征在于：所述石墨烯导电通道由石墨烯覆盖在各组金属电极对的两个电极之间形成。
4.根据权利要求3所述石墨烯场效应晶体管生物传感器，其特征在于，所述石墨烯为探针分子修饰的石墨烯。
5.根据权利要求3所述石墨烯场效应晶体管生物传感器，其特征在于，所述石墨烯为PNA修饰的PNA-石墨烯。
6.根据权利要求1或2所述石墨烯场效应晶体管生物传感器，其特征在于，所述基底层由硅基质及沉积在上的二氧化硅构成。
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