WO2025199740A1 - 基于微流控芯片的场效应晶体管及其制备方法与生物标记物检测方法 - Google Patents

基于微流控芯片的场效应晶体管及其制备方法与生物标记物检测方法

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electrode
microfluidic chip
semiconductor material
channel
effect transistor
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周文华
曾通华
舒伟良
张琼珶
喻学锋
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Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a field effect transistor based on a microfluidic chip, a preparation method thereof, and a biomarker detection method, and belongs to the technical field of semiconductors.
  • Biosensors based on field-effect transistors offer advantages such as low cost, rapid response, and accurate detection. Their principle is as follows: a field-effect transistor consists of three electrodes: source, drain, and gate. A conductive channel material exists between the source and drain, and the current flowing between the source and drain is regulated by the electric field applied to the gate. By modifying the conductive channel material with specific receptors, it is functionalized to specifically capture target biomolecules. Graphene, with its excellent two-dimensional structure and optoelectronic properties, is an excellent conductive channel material. Graphene field-effect transistors (G-FETs) offer advantages such as high sensitivity, ease of integration, and large specific surface area.
  • G-FETs Graphene field-effect transistors
  • the current biosensors based on graphene field-effect transistors have the following main disadvantages: 1. Most biosensors based on graphene field-effect transistors place a micro-reaction area on the surface of the device channel, and the solution is replaced by a syringe. It has two main disadvantages. The first is that the static solution is not easy to react with graphene, and biological molecules are not easy to connect to graphene; the second is that the syringe cannot completely absorb all the solution in the reaction chamber, and the reaction molecules are easy to remain, causing concentration deviation and affecting the test results. 2. Biosensors based on graphene field-effect transistors generally have a multi-layer structure, and their preparation process requires at least two photolithography processes. The photolithography process is not only time-consuming and labor-intensive, but also requires layer-by-layer photolithography, which is also very complicated. The photolithography process needs to be repeated for each biological test.
  • FIG8 shows a comparison of the electrical properties of Example 1 and Comparative Example 1.
  • the present invention provides a field effect transistor based on a microfluidic chip, as shown in FIG1 and FIG2 , which includes: a substrate 1, a semiconductor material layer 2 and a microfluidic chip 3;
  • the microfluidic chip 3 is provided with a central flow channel 301 and a plurality of electrode channels 302;
  • Each pair of electrode channels 302 includes a first electrode channel 303 and a second electrode channel 304, which are respectively arranged on either side of the central flow channel 301; a wire socket 305 is respectively provided at the end of each of the first electrode channel 303 and the second electrode channel 304; a low-melting-point metal layer 306 is provided in each of the first electrode channel 303 and the second electrode channel 304 to form a source and a drain;
  • the electrode channel 302 is in contact with the semiconductor material layer 2, and a low-melting-point metal layer 306 is provided on the portion of the semiconductor material layer 2 covered by the electrode channel 302;
  • One end of the central channel 301 is a liquid inlet 307 and the other end is a liquid outlet 308.
  • a metal electrode is inserted into the liquid inlet 307 of the central channel 301, and the metal electrode serves as a conductive electrode of the gate.
  • the substrate 1 may include a silicon wafer having an insulating layer.
  • the insulating layer may be made of, but not limited to, silicon dioxide, tantalum pentoxide, or aluminum oxide, preferably silicon dioxide.
  • the semiconductor material layer 2 is a layer formed of a semiconductor material, and the semiconductor material may include one or a combination of graphene, black phosphorus, carbon nanotubes, molybdenum disulfide, and organic semiconductor materials, etc.
  • the semiconductor material is graphene.
  • the material of the microfluidic chip 3 includes PDMS.
  • the number of electrode channels 302 is three pairs.
  • a low-melting-point metal inlet 309 is further provided at the end of each of the first electrode channel 303 and the second electrode channel 304 .
  • the low-melting-point metal layer 306 is a layer formed of a low-melting-point metal.
  • the low-melting-point metal includes a tin-indium alloy.
  • the microfluidic chip-based field effect transistor further includes: a plurality of wires 310 , one end of each wire 310 being disposed in the wire sockets 305 of the first electrode channel 303 and the second electrode channel 304 , and at least partially located in the low-melting-point metal layer 306 .
  • the metal electrode is, for example but not limited to, a hollow gold needle.
  • the area of the semiconductor material layer 2 in contact with the central flow channel 301 is covered with an ionic liquid, and the ionic liquid is in contact with a metal electrode; the metal electrode and the ionic liquid form an ionic liquid gate.
  • the field-effect transistor based on the microfluidic chip of the present invention is in contact with the ionic liquid, thereby forming a gate, only when it is used, that is, when it is used for biomarker detection.
  • the microfluidic chip-based field-effect transistor further includes a fixture 4 for securing and clamping the substrate 1 and the microfluidic chip 3.
  • the fixture 4 may include, for example but not limited to, an upper fixture (left image in FIG3 ) and a lower fixture (right image in FIG3 ), the upper fixture being provided with at least openings corresponding to a liquid inlet 307 , a liquid outlet 308 , a wire jack 305 , and a low-melting-point metal inlet 309 .
  • the upper fixture and the lower fixture are connected to secure and clamp the substrate 1 and the microfluidic chip 3 .
  • the present invention further provides a method for preparing the above-mentioned field effect transistor based on the microfluidic chip, as shown in FIG4 , which comprises the following steps:
  • step (3) assembling the substrate 1 formed with the semiconductor material layer 2 obtained in step (1) and the microfluidic chip 3 obtained in step (2);
  • the method of forming the semiconductor material layer 2 on the substrate 1 may include: directly growing the semiconductor material on the substrate 1 to form the semiconductor material layer 2, or, after preparing the semiconductor material, transferring the prepared semiconductor material to the substrate 1 to form the semiconductor material layer 2.
  • the bulk material is graphene
  • a semiconductor material layer 2 is formed on the substrate 1 by wet transfer.
  • step (2) specifically includes: preparing a positive mold of the microfluidic chip 3 by micro-nano processing technology; then using the positive mold, using polydimethylsiloxane to prepare the microfluidic chip 3 by the reverse molding method.
  • the layout of the photolithography mask of the designed microfluidic structure can be drawn by software, and then the photolithography mask is made. Then, the photolithography mask is used to prepare a positive mold with a protruding microfluidic structure on a silicon wafer (e.g., a silicon/silicon dioxide wafer) by micro-nano processing technology.
  • a silicon wafer e.g., a silicon/silicon dioxide wafer
  • PDMS and a curing agent can be mixed in a suitable ratio (e.g., a mass ratio of 10:1) and poured onto the prepared positive mold. After curing and forming, a PDMS negative mold is obtained. The PDMS negative mold is cut into the desired shape and size, and holes are punched at specific positions to form a liquid inlet 307, a liquid outlet 308, a wire socket 305 and a low-melting-point metal inlet 309, thereby obtaining the microfluidic chip 3.
  • a suitable ratio e.g., a mass ratio of 10:1
  • a PDMS negative mold is obtained.
  • the PDMS negative mold is cut into the desired shape and size, and holes are punched at specific positions to form a liquid inlet 307, a liquid outlet 308, a wire socket 305 and a low-melting-point metal inlet 309, thereby obtaining the microfluidic chip 3.
  • Step (2) specifically includes:
  • a photolithography mask layout of the designed microfluidic structure i.e., the structure having a central flow channel 301 and three pairs of electrode channels 302 as described above
  • a photolithography mask is manufactured
  • the above steps complete the preparation of the positive mold of the microfluidic chip 3, which has a raised microfluidic structure with an average height of 50 ⁇ m.
  • the positive mold can be reused, avoiding the need for photolithography each time a field effect transistor based on the microfluidic chip is prepared.
  • Step (3) specifically includes:
  • Step (5) specifically includes:
  • the ionic liquid is introduced into the central flow channel 301 through the liquid inlet 307 of the central flow channel 301.
  • the ionic liquid covers the area where the semiconductor material layer 2 contacts the central flow channel 301, and the ionic liquid contacts the metal electrode.
  • the metal electrode and the ionic liquid form an ionic liquid gate.
  • This comparative example provides a graphene field-effect transistor based on a microfluidic chip.

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Abstract

本发明提供了基于微流控芯片的场效应晶体管及其制备方法与生物标记物检测方法。该基于微流控芯片的场效应晶体管包括：衬底、半导体材料层和微流控芯片；衬底上设置有半导体材料层；微流控芯片覆盖在半导体材料层上；微流控芯片上设置有中央流道和电极通道；电极通道内设置有低熔点金属层，以形成源极和漏极；半导体材料层被电极通道覆盖的部分设置有低熔点金属层。本发明的基于微流控芯片的场效应晶体管能够识别生物标记物，具有优异的灵敏度和特异性识别能力。

Description

基于微流控芯片的场效应晶体管及其制备方法与生物标记物检测方法 技术领域
本发明涉及基于微流控芯片的场效应晶体管及其制备方法与生物标记物检测方法，属于半导体技术领域。
背景技术
基于场效应晶体管(Field-Effect Transistor,FET)的生物检测传感器具有低成本、迅速反应、检测准确等优点。其原理是：场效应晶体管的电极由源极(Source)、漏极(Drain)和栅极(Gate)三个电极组成，源极和漏级之间存在导电沟道材料，流经源极和漏级之间的电流则由加在栅极上的电场所调控。通过对导电沟道材料以特定的受体修饰，进行功能化改造，使其具有特异性捕获目标生物分子的功能。石墨烯有着优异的二维结构和光电特性，是优秀的导电沟道材料。石墨烯场效应晶体管(Graphene field effect transistor，简称G-FET)具有灵敏度高、易于集成、比表面积大等优点。有望实现低成本、可携带、低功耗、免标记、高灵敏度的生物标记物快速检测，适用于基层和现场检测。然而，目前的G-FET生物传感器结构复杂，制作工艺复杂，且光刻步骤繁琐费时，也容易损坏石墨烯的结构。大多数生物化学反应都是在离子溶液中进行，这对G-FET的封装要求较高。因此，成本高、工艺复杂和效率不稳定等缺陷严重制约了目前G-FET在生物标记物检测邻域的应用潜力。随着微纳加工技术的飞速发展，构建体系简单、成本低、制备时间短、精度高的新型生物传感器有了新的思路。
传统石墨烯场效应晶体管的结构复杂，需要经过至少两次光刻处理。层层套刻对工艺要求高，良率低，成本高，而且容易损坏石墨烯的结构，使得器件性能下降。此外，大多数的情况下，检测区域是静置区域，不利于反应进行，导致反应效率低下，而且容易残留其他液体导致检测结果失真。例如CN114264712A公开了一种基于石墨烯场效应晶体管的miRNA检测方法及其应用。该石墨烯场效应晶体管只能检测10pM的生物目标物，而且检测过程复杂，很难实用化。
现有技术中还存在基于微流控的石墨烯场效应晶体管。例如CN107051601A公开了一种基于石墨烯场效应管的核酸检测微流控芯片及制备方法。但是该器件仍有许多不足：1、该器件实际上还是利用了传统的微纳加工工艺，制作电极需要用到光刻技术，这样不仅会增加制备难度和成本，光刻技术还会对石墨烯造成损坏，在石墨烯表面残留化学试剂，影响器件性能。2、该器件在结构上未能做到完全封装，在流道中央还需要打孔用以插入Ag/AgCl电极丝作为栅极。同时因为PDMS微流通道片直接盖在器件电极上，PDMS 和金电极的结合能力差，容易造成金电极损伤，以及衬底和微流通道片结合不牢固。另外，该器件没有夹具固定夹紧，会导致漏液现象发生。3、该器件用于检测DNA时需要采用Au纳米颗粒修饰石墨烯，将器件浸泡于化学试剂中，会对器件造成损坏。
综上，目前的基于石墨烯场效应晶体管的生物传感器主要存在以下缺点：1、基于石墨烯场效应晶体管的生物传感器大多都是在器件沟道表面放置一个微型反应区域，通过注射器完成溶液的更换。其主要存在两个缺点，第一是静置溶液不容易和石墨烯进行反应，生物分子不容易接在石墨烯上；第二是注射器不能完全吸走反应腔里的所有溶液，反应分子容易残留，造成浓度偏差，影响测试结果。2、基于石墨烯场效应晶体管的生物传感器一般具有多层结构，其制备过程需要至少两次光刻工艺，而光刻工艺不仅费时费力，且层层光刻需要套刻也十分复杂。每次进行生物检测需要重新进行光刻工艺。
因此，研发出一种新型的用于生物标记物检测的场效应晶体管，仍然是本领域亟待解决的问题之一。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于微流控芯片的场效应晶体管及其制备方法。本发明的基于微流控芯片的场效应晶体管具有模块化、简单化的优势，能够用来识别生物标记物，并且有着优良的灵敏度和特异性识别能力。
本发明的另一目的在于提供一种生物标记物检测方法。该方法采用上述基于微流控芯片的场效应晶体管对生物标记物进行检测。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种基于微流控芯片的场效应晶体管，其包括：衬底、半导体材料层和微流控芯片；
所述衬底上设置有所述半导体材料层；所述微流控芯片覆盖在所述半导体材料层上；
所述微流控芯片上设置有一中央流道和若干对电极通道；
每对电极通道包括第一电极通道和第二电极通道，所述第一电极通道和所述第二电极通道分别设置在所述中央流道的两侧；所述第一电极通道和所述第二电极通道的端部各自分别设置有电线插口；所述第一电极通道和所述第二电极通道内均设置有低熔点金属层，以形成源极和漏极；
所述电极通道与所述半导体材料层接触，所述半导体材料层被所述电极通道覆盖的部分设置有低熔点金属层；
所述中央流道的一端为进液口、另一端为出液口；所述中央流道的进液口内插接有金属电极，所述金属电极作为栅极的导电电极；
所述中央流道与所述半导体材料层接触。
在上述的基于微流控芯片的场效应晶体管中，优选地，所述衬底包括具有绝缘层的硅片。
在上述的基于微流控芯片的场效应晶体管中，优选地，所述半导体材料层是由半导体材料形成的层，所述半导体材料包括石墨烯、黑磷、碳纳米管、二硫化钼和有机半导体材料等中的一种或几种的组合。更优选地，所述半导体材料为石墨烯。
在上述的基于微流控芯片的场效应晶体管中，优选地，所述微流控芯片的材料包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
在上述的基于微流控芯片的场效应晶体管中，优选地，所述第一电极通道和所述第二电极通道以所述中央流道为对称轴呈对称分布。
在上述的基于微流控芯片的场效应晶体管中，优选地，所述第一电极通道和所述第二电极通道的端部各自分别进一步设置有低熔点金属入口。
在上述的基于微流控芯片的场效应晶体管中，优选地，所述低熔点金属层是由低熔点金属形成的层。更优选地，所述低熔点金属包括锡铟合金。
根据本发明的具体实施方式，优选地，上述基于微流控芯片的场效应晶体管进一步包括：若干电线，所述电线的一端分别设置于所述第一电极通道和所述第二电极通道的电线插口内，并且至少部分位于所述低熔点金属层之中。
在上述的基于微流控芯片的场效应晶体管中，优选地，所述半导体材料层与所述中央流道接触的区域覆盖有离子液体，且所述离子液体与所述金属电极接触；所述金属电极和所述离子液体形成离子液体栅极。
根据本发明的具体实施方式，优选地，上述基于微流控芯片的场效应晶体管进一步包括：夹具，所述夹具用于固定并夹紧所述衬底和所述微流控芯片。
本发明第二方面提供了一种上述的基于微流控芯片的场效应晶体管的制备方法，其包括以下步骤：
(1)在衬底上形成半导体材料层；
(2)制备设置有一中央流道和若干对电极通道的微流控芯片；
(3)组装步骤(1)得到的形成有半导体材料层的衬底和步骤(2)得到的微流控芯片；
(4)在电极通道内以及半导体材料层被电极通道覆盖的部分形成低熔点金属层，得到源极和漏极；
(5)将金属电极插入中央流道的进液口内，形成栅极的导电电极，得到所述的基于 微流控芯片的场效应晶体管。
在上述制备方法中，优选地，步骤(2)具体包括：通过微纳加工技术制备微流控芯片的阳模模具；然后利用所述阳模模具，采用聚二甲基硅氧烷以倒模法制备微流控芯片。
在上述制备方法中，优选地，步骤(3)具体包括：将步骤(2)得到的微流控芯片覆盖在步骤(1)得到的形成有半导体材料层的衬底之上，然后用夹具将它们固定并夹紧。
根据本发明的具体实施方式，优选地，上述制备方法在步骤(4)中形成低熔点金属层之前进一步包括：将若干电线的一端分别插入第一电极通道和第二电极通道的电线插口内。
在上述制备方法中，优选地，步骤(4)具体包括：将若干电线的一端分别插入第一电极通道和第二电极通道的电线插口内；通过第一电极通道和第二电极通道的端部设置的低熔点金属入口将低熔点金属通入电极通道中，液态的低熔点金属在电极通道内流动并与半导体材料层被电极通道覆盖的部分接触，并流动至电线插口处与电线接触，液态的低熔点金属凝固成固态后，形成低熔点金属层，得到源极和漏极，并且位于电线插口内的电线的至少部分包裹于低熔点金属层之中。
在上述制备方法中，优选地，步骤(5)进一步包括：通过所述中央流道的进液口将离子液体通入所述中央流道中，所述离子液体覆盖于所述半导体材料层与所述中央流道接触的区域，且所述离子液体与所述金属电极接触，所述金属电极和所述离子液体形成离子液体栅极。
本发明第三方面提供了一种生物标记物检测方法，所述方法包括以下步骤：
通过上述的基于微流控芯片的场效应晶体管的中央流道的进液口注入包含生物标记物的离子液体，包含生物标记物的离子液体流经半导体材料层，进行生物标记物的检测。
根据本发明的具体实施方式，优选地，上述生物标记物检测方法具体包括以下步骤：通过所述基于微流控芯片的场效应晶体管的中央流道的进液口注入包含功能化修饰物的溶液，对半导体材料层进行功能化修饰，然后注入包含生物标记物的离子液体，功能化修饰的半导体材料层对生物标记物进行捕获，进而进行生物标记物的检测。
在上述的生物标记物检测方法中，优选地，所述生物标记物包括DNA、RNA和蛋白分子等中一种或几种的组合。
本发明提供了一种基于微流控芯片的场效应晶体管及其制备方法，以及一种生物标记物检测方法。该基于微流控芯片的场效应晶体管的结构具有模块化、简单化的优势， 减少了成本。并且，该场效应晶体管是一种完整封装的器件，能够隔绝器件和外界的水氧环境，同时有效隔离了离子液体栅极和源极漏极。此外，该基于微流控芯片的场效应晶体管的制备工艺简单，缩短了制备时间，同时减少了对半导体材料层的损伤。因此，该基于微流控芯片的场效应晶体管的电学性能优异，稳定性高，避免了使用条件对其的影响；同时该基于微流控芯片的场效应晶体管兼具微流控芯片的特点，使得溶液能以流动的状态修饰半导体材料层，同时具有可清洗的功能，还能够定量控制包含生物标记物的离子液体。该基于微流控芯片的场效应晶体管可以基于不同的传感机理，检测不同的生物标记物，具有优异的灵敏度和特异性识别能力。
与现有技术相比，本发明的技术方案至少具有以下有益效果：
(1)本发明简化了基于微流控芯片的场效应晶体管的制备工艺，还优化了其性能，成功地将电极、微流通道和测试电线集成在一个器件中，得到了生物传感测试一体化平台。(2)本发明的基于微流控芯片的场效应晶体管的密闭性良好，微流控芯片技术的特性明显，在使用过程中，能够隔绝外界的水氧环境，且能够定量控制包含生物标记物的离子液体。(3)本发明能够有效保护半导体材料层，减少了化学试剂和光刻技术对半导体材料层的损伤，使得本发明的基于微流控芯片的场效应晶体管具有更优异的电学性能和稳定性。(4)利用本发明的基于微流控芯片的场效应晶体管，可实现高灵敏度的生物标记物的识别，成功区分出了10fM的互补链和只有1个碱基突变的非互补链；同时，还具有检测时间较短、方便快速等优势。
附图说明
图1显示了本发明的一些具体实施方式中的基于微流控芯片的场效应晶体管的结构示意图。
图2显示了本发明的一些具体实施方式中的中央流道和电极通道的结构示意图。
图3显示了本发明的一些具体实施方式中的夹具的结构示意图。
图4显示了本发明的一些具体实施方式中的基于微流控芯片的场效应晶体管的制备方法的流程示意图。
图5显示了实施例1中制作的微流控芯片的模具掩模版图。
图6显示了实施例1的步骤(1)得到的形成有半导体材料层的衬底中的石墨烯，以及对比例1的石墨烯场效应晶体管中的石墨烯的拉曼光谱检测结果。
图7显示了实施例1的基于微流控芯片的场效应晶体管的电学性能测试结果。
图8显示了实施例1和对比例1的电学性能对比图。
图9显示了实施例2中的特异性检测图以及灵敏度检测图。
附图标号说明：
1-衬底；2-半导体材料层；3-微流控芯片；4-夹具；
301-中央流道；302-电极通道；303-第一电极通道；304-第二电极通道；305-电线插
口；306-低熔点金属层；307-进液口；308-出液口；309-低熔点金属入口；310-电线。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
在本发明的一些具体实施方式中，本发明提供了一种基于微流控芯片的场效应晶体管，如图1和图2所示，其包括：衬底1、半导体材料层2和微流控芯片3；
衬底1上设置有半导体材料层2；微流控芯片3覆盖在半导体材料层2上；
微流控芯片3上设置有一中央流道301和若干对电极通道302；
每对电极通道302包括第一电极通道303和第二电极通道304，第一电极通道303和第二电极通道304分别设置在中央流道301的两侧；第一电极通道303和第二电极通道304的端部各自分别设置有电线插口305；第一电极通道303和第二电极通道304内均设置有低熔点金属层306，以形成源极和漏极；
电极通道302与半导体材料层2接触，半导体材料层2被电极通道302覆盖的部分设置有低熔点金属层306；
中央流道301的一端为进液口307、另一端为出液口308；中央流道301的进液口307内插接有金属电极，金属电极作为栅极的导电电极；
中央流道301与半导体材料层2接触。
在一些实施例中，衬底1可以包括具有绝缘层的硅片。绝缘层的材料可以包括但不限于二氧化硅、五氧化二钽、或氧化铝等，优选二氧化硅。
在一些实施例中，半导体材料层2是由半导体材料形成的层，半导体材料可以包括石墨烯、黑磷、碳纳米管、二硫化钼和有机半导体材料等中的一种或几种的组合。优选地，半导体材料为石墨烯。
在一些实施例中，微流控芯片3的材料包括PDMS。
在一些实施例中，如图2所示，第一电极通道303和第二电极通道304以中央流道301为对称轴呈对称分布。
在一些实施例中，如图2所示，电极通道302的数量为三对。
在一些实施例中，如图2所示，第一电极通道303和第二电极通道304的端部各自分别进一步设置有低熔点金属入口309。
在一些实施例中，低熔点金属层306是由低熔点金属形成的层。优选地，低熔点金属包括锡铟合金。
在一些实施例中，该基于微流控芯片的场效应晶体管进一步包括：若干电线310，电线310的一端分别设置于第一电极通道303和第二电极通道304的电线插口305内，并且至少部分位于低熔点金属层306之中。
在一些实施例中，金属电极例如但不限于空心金针。
在一些实施例中，半导体材料层2与中央流道301接触的区域覆盖有离子液体，且离子液体与金属电极接触；金属电极和离子液体形成离子液体栅极。本领域技术人员可以理解的是，一般而言，在本发明的基于微流控芯片的场效应晶体管使用时，也就是用于生物标记物检测时，才与离子液体接触，进而形成栅极。
在一些实施例中，该基于微流控芯片的场效应晶体管进一步包括：夹具4，夹具4用于固定并夹紧衬底1和微流控芯片3。夹具4的结构例如但不限于如图3所示，其可以包括上夹具(图3中的左图)和下夹具(图3中的右图)，上夹具上至少设置有与进液口307、出液口308、电线插口305和低熔点金属入口309相对应的开口。上夹具和下夹具连接，进而将衬底1和微流控芯片3固定并夹紧。
在本发明的另一些具体实施方式中，本发明还提供了一种上述的基于微流控芯片的场效应晶体管的制备方法，如图4所示，其包括以下步骤：
(1)在衬底1上形成半导体材料层2；
(2)制备设置有一中央流道301和若干对电极通道302的微流控芯片3；
(3)组装步骤(1)得到的形成有半导体材料层2的衬底1和步骤(2)得到的微流控芯片3；
(4)在电极通道302内以及半导体材料层2被电极通道302覆盖的部分形成低熔点金属层306，得到源极和漏极；
(5)将金属电极插入中央流道301的进液口307内，形成栅极的导电电极，得到基于微流控芯片的场效应晶体管。
在一些实施例中，在步骤(1)中，在衬底1上形成半导体材料层2的方式可以包括：在衬底1上直接生长半导体材料以形成半导体材料层2，或者，在制备好半导体材料后，再将制备的半导体材料转移到衬底1上以形成半导体材料层2。优选地，当半导 体材料为石墨烯时，采用湿法转移的方式在衬底1上形成半导体材料层2。
在一些实施例中，步骤(2)具体包括：通过微纳加工技术制备微流控芯片3的阳模模具；然后利用该阳模模具，采用聚二甲基硅氧烷以倒模法制备微流控芯片3。具体地，在制备微流控芯片3的阳模模具的过程中，可以先通过软件绘制出所设计的微流控结构的光刻掩模版的版图，再制作光刻掩模版，然后利用该光刻掩模版通过微纳加工技术在硅片(例如硅/二氧化硅片)上制备具有凸起的微流控结构的阳模模具。在制备微流控芯片3的过程中，可以先将PDMS和固化剂以合适的比例(例如质量比10：1)混合均匀后，倒在制备好的阳模模具上，待固化成型后，得到PDMS阴模，将PDMS阴模切割成所需的形状和尺寸，并在特定位置打孔以形成进液口307、出液口308、电线插口305和低熔点金属入口309，得到微流控芯片3。
在一些实施例中，步骤(3)具体包括：将步骤(2)得到的微流控芯片3覆盖在步骤(1)得到的形成有半导体材料层2的衬底3之上，然后用夹具4将它们固定并夹紧。
在一些实施例中，该制备方法步骤(4)中形成低熔点金属层306之前进一步包括：将若干电线310的一端分别插入第一电极通道303和第二电极通道304的电线插口305内。
在一些实施例中，步骤(4)具体包括：将若干电线310的一端分别插入第一电极通道303和第二电极通道304的电线插口305内；通过第一电极通道303和第二电极通道302的端部设置的低熔点金属入口309将低熔点金属通入电极通道302中，液态的低熔点金属在电极通道302内流动并与半导体材料层2被电极通道覆盖的部分接触，并流动至电线插口305处与电线310接触，液态的低熔点金属凝固成固态后，形成低熔点金属层306，得到源极和漏极，并且位于电线插口305内的电线310的至少部分包裹于低熔点金属层306之中。
在一些实施例中，步骤(5)进一步包括：通过中央流道301的进液口307将离子液体通入中央流道301中，离子液体覆盖于半导体材料层2与中央流道301接触的区域，且离子液体与金属电极接触，金属电极和离子液体形成离子液体栅极。
在本发明的又一些具体实施方式中，本发明还提供了一种生物标记物检测方法，该方法包括以下步骤：
通过基于微流控芯片的场效应晶体管的中央流道301的进液口307注入包含生物标记物的离子液体，包含生物标记物的离子液体流经半导体材料层2，进行生物标记物的检测。
在一些实施例中，该生物标记物检测方法具体包括以下步骤：通过基于微流控芯片 的场效应晶体管的中央流道301的进液口307注入包含功能化修饰物的溶液，对半导体材料层2进行功能化修饰，然后注入包含生物标记物的离子液体，功能化修饰的半导体材料层2对生物标记物进行捕获，进而进行生物标记物的检测。
在一些实施例中，所述功能化修饰物包括1-芘丁酸N-羟基琥珀酰亚胺酯(1-Pyrenebutanoic acid succinimidyl ester,PBSE)和DNA探针。
在一些实施例中，所述生物标记物包括DNA、RNA和蛋白分子等中一种或几种的组合。
以下通过实施例、对比例具体地说明本发明的技术方案，但本发明并不限于这些实施例，当然可以在本发明的要点的范围内进行各种变形来实施。
实施例1
本实施例提供了一种基于微流控芯片的场效应晶体管，如图1、图2和图3所示，其包括：衬底1、半导体材料层2、微流控芯片3、夹具4和若干电线310；
衬底1上设置有半导体材料层2；微流控芯片3覆盖在半导体材料层2上；
微流控芯片3上设置有一中央流道301和三对电极通道302；
每对电极通道302包括第一电极通道303和第二电极通道304，第一电极通道303和第二电极通道304以中央流道301为对称轴呈对称分布；第一电极通道303和第二电极通道304的端部各自分别设置有电线插口305和低熔点金属入口309；第一电极通道303和第二电极通道304内均设置有低熔点金属层306，以形成源极和漏极；若干电线310的一端分别设置于第一电极通道303和第二电极通道304的电线插口305内，并且若干电线310的一端的至少部分位于低熔点金属层306之中；
电极通道302与半导体材料层2接触，半导体材料层2被电极通道302覆盖的部分设置有低熔点金属层306；
中央流道301的一端为进液口307、另一端为出液口308；中央流道301的进液口307内插接有金属电极，金属电极作为栅极的导电电极；
中央流道301与半导体材料层2接触；
夹具4用于固定并夹紧衬底1和微流控芯片3，其结构如图3所示。
在本实施例中，中央流道301的宽度为50μm-300μm。
在本实施例中，衬底1为具有绝缘层的硅片。绝缘层的材料为二氧化硅。
在本实施例中，半导体材料层2是由半导体材料形成的层，半导体材料为石墨烯。
在本实施例中，微流控芯片3的材料包括PDMS。
在本实施例中，低熔点金属层306是由低熔点金属形成的层，低熔点金属为锡铟合金。
在本实施例中，如图3所示，夹具4具体包括上夹具(图3中的左图)和下夹具(图3中的右图)，上夹具上至少设置有与进液口307、出液口308、电线插口305和低熔点金属入口309相对应的开口。上夹具和下夹具连接，进而将衬底1和微流控芯片3固定并夹紧。
在本实施例中，金属电极为空心金针。
在本实施例中，在该基于微流控芯片的场效应晶体管使用时，半导体材料层2与中央流道301接触的区域覆盖有离子液体，且离子液体与金属电极接触；金属电极和离子液体形成离子液体栅极。
本实施例还提供了上述的基于微流控芯片的场效应晶体管的制备方法，如图4所示，其包括以下步骤：
(1)在衬底1上形成半导体材料层2；
(2)制备设置有一中央流道301和若干对电极通道302的微流控芯片3；
(3)组装步骤(1)得到的形成有半导体材料层2的衬底1和步骤(2)得到的微流控芯片3；
(4)在电极通道302内以及半导体材料层2被电极通道302覆盖的部分形成低熔点金属层306，得到源极和漏极；
(5)将金属电极插入中央流道301的进液口307内，形成栅极的导电电极，得到基于微流控芯片的场效应晶体管。
其中，步骤(1)具体包括：
(a)采用商购的化学气相沉积法生长在铜箔上的石墨烯，先以4000rpm的转速在石墨烯表面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate,PMMA)溶液，时间为1min；随后在170℃加热至PMMA溶液中的水分完全蒸发，进而在石墨烯表面形成厚度约为200nm的PMMA保护层；
(b)将铜箔剪切成尺寸为0.5cm×1.5cm的长方形，将PMMA保护层朝上放入过硫酸铵溶液中进行刻蚀，当铜被完全刻蚀时，溶液会由无色变为浅蓝色，而透明无色的PMMA/石墨烯薄膜漂浮在溶液表面；
(c)用移液枪将溶液基本吸干，留下少量溶液用以浮起薄膜，再注入超纯水，反复洗涤至少4次；将尺寸为4英寸的硅/二氧化硅片(硅片表面具有厚度为300nm的二氧化硅绝缘层)作为衬底，依次用丙酮、异丙醇和去离子水超声清洗15min；随后用清洗后 的硅/二氧化硅片将PMMA/石墨烯薄膜从水中捞出，并使其自然风干；
(d)依次将具有PMMA/石墨烯薄膜的硅/二氧化硅片在90℃加热30min、在130℃加热30min；然后在丙酮中浸泡4h，使PMMA保护层从石墨烯表面完全去除，随后依次使用异丙醇、去离子水冲洗，再采用氮气吹干，得到形成有半导体材料层2(即石墨烯层)的衬底1。
步骤(2)具体包括：
(e)使用CAD绘制出所设计的微流控结构(即为上文中所述的具有一中央流道301和三对电极通道302的结构)的光刻掩模版的版图，如图5所示，然后制作光刻掩模版；
(f)将一片尺寸为8英寸的硅/二氧化硅片依次用丙酮、异丙醇和去离子水超声清洗15min，将清洗后的硅/二氧化硅片放置在旋涂机台的中央并固定，将SU-8 3050型光刻胶旋涂在硅/二氧化硅片表面，使用两步法进行旋涂，第一步以500rpm的转速旋涂20s，第二步以3000rpm的转速旋涂30s；
(g)将旋涂光刻胶后的硅/二氧化硅片放置在热台上，在95℃加热25min，进而完成前烘；
(h)将光刻掩模版放在光刻机的相应位置，然后将前烘后的硅/二氧化硅片放置在光刻机的相应位置，光刻机采用直接接触光刻模式，使硅/二氧化硅片在紫外光下曝光12s；
(i)将曝光后的硅/二氧化硅片放置在热台上，在95℃加热30min，进而完成后烘；
(j)将后烘后的硅/二氧化硅片在负胶显影液中显影20s；
(k)将显影后的硅/二氧化硅片放置在热台上，在150℃加热30min，进而完成坚模，得到微流控芯片3的阳模模具；
以上步骤制备完成了微流控芯片3的阳模模具，其具有凸起的微流控结构，凸起部分的平均高度为50μm；该阳模模具可以反复利用，避免每次制备基于微流控芯片的场效应晶体管都需要光刻；
(l)分别取50g PDMS和5g固化剂，将二者混合均匀后，均匀平整地倒在阳模模具上；
(m)将包含有PDMS和固化剂的混合物的阳模模具在密闭环境中抽真空2h，使PDMS和固化剂的混合物中的气泡被排出；然后放置在80℃环境中烘烤20min，使PDMS固化成型；
(n)将固化成型的PDMS从阳模模具上揭下，得到PDMS阴模，将PDMS阴模切割成所需的形状和尺寸，并用打孔器在特定位置打孔以形成进液口307、出液口308、电 线插口305和低熔点金属入口309，得到微流控芯片3。
该微流控芯片3具有凹形的微流控结构。该微流控芯片3的整体高度为50μm。中央流道301的宽度为50μm-300μm。可以基于本发明的实施例设计不同的微流控结构，得到具有不同的微流控结构的阳模模具，进而得到具有不同的微流控结构的微流控芯片3。
步骤(3)具体包括：
(o)将步骤(2)得到的微流控芯片3具有微流控结构的一面覆盖在步骤(1)得到的形成有半导体材料层2的衬底3之上，然后用夹具4将它们固定并夹紧，得到一封装体。
步骤(4)具体包括：
(p)将若干电线310的一端分别插入第一电极通道303和第二电极通道304的电线插口305内；再通过第一电极通道303和第二电极通道302的端部设置的低熔点金属入口309将低熔点金属(即锡铟合金，其熔点为85℃)注入电极通道302中，将封装体加热至90℃使锡铟合金变为液态金属，液态的低熔点金属在电极通道302内流动并与半导体材料层2被电极通道覆盖的部分接触，并流动至电线插口305处与电线310接触，冷却后，液态的低熔点金属凝固成固态，形成低熔点金属层306，得到源极和漏极，并且位于电线插口305内的电线310的至少部分包裹于低熔点金属层306之中。
步骤(5)具体包括：
(q)将金属电极插入中央流道301的进液口307内，形成栅极的导电电极以施加电场调控，得到基于微流控芯片的场效应晶体管；
(r)在使用该基于微流控芯片的场效应晶体管时，通过中央流道301的进液口307将离子液体通入中央流道301中，离子液体覆盖于半导体材料层2与中央流道301接触的区域，且离子液体与金属电极接触，金属电极和离子液体形成离子液体栅极。
对比例1
本对比例提供了一种基于微流控芯片的石墨烯场效应晶体管。
该基于微流控芯片的石墨烯场效应晶体管包括：衬底、石墨烯层、源极、漏极、电线和微流控芯片；衬底上设置有石墨烯层；源极和漏极分别设置于石墨烯层的表面的两端；源极和漏极分别连接有电线；微流控芯片具有一中央流道，微流控芯片覆盖在石墨烯层上，中央流道与源极和漏极之间的石墨烯层接触；中央流道的一端为进液口、另一端为出液口；中央流道的进液口内插接有金属电极，金属电极为空心金针，金属电极作 为栅极的导电电极；在使用时，石墨烯层与中央流道接触的区域覆盖有离子液体，且离子液体与金属电极接触，金属电极和离子液体形成离子液体栅极。
该基于微流控芯片的石墨烯场效应晶体管的制备方法包括以下步骤：
(1)在衬底上形成石墨烯层
采用和实施例1的步骤(1)相同的方法在硅/二氧化硅片衬底上以湿法转移的方式形成石墨烯层；
(2)在石墨烯层上采用lift-off工艺沉积金电极
在石墨烯层的表面旋涂SU-8 3050型光刻胶，根据设计的电极图案对光刻胶进行曝光和显影，得到图案化光刻胶和从图案化光刻胶露出的区域，在图案化光刻胶和从图案化光刻胶露出的区域上蒸镀厚度为100nm的金电极，之后用丙酮溶解掉光刻胶，得到源极和漏极，将电线连接于源极和漏极，得到石墨烯场效应晶体管；
(3)制备微流控芯片
参照实施例1的步骤(2)制备具有中央流道的微流控芯片；
(4)组装石墨烯场效应晶体管和微流控芯片
将步骤(3)得到的微流控芯片具有中央流道的一面覆盖在步骤(2)得到的石墨烯场效应晶体管上，使中央流道与源极和漏极之间的石墨烯层接触，并将金属电极插入中央流道的进液口内，得到基于微流控芯片的石墨烯场效应晶体管。
测试例1
将实施例1的步骤(1)得到的形成有半导体材料层2(即石墨烯层)的衬底1中的石墨烯，以及对比例1的石墨烯场效应晶体管中的石墨烯，采用拉曼光谱仪进行扫描，得到的拉曼光谱检测结果如图6所示。实施例1和对比例1的石墨烯进行了相同面积的拉曼扫描。由图6中的2D峰/G峰的比值以及G峰/D峰的比值可以看出，相较于对比例1，实施例1中的石墨烯的缺陷更少、质量更好、性能更优异。
测试例2
将实施例1的基于微流控芯片的场效应晶体管，以及对比例1的基于微流控芯片的石墨烯场效应晶体管，进行电学性能测试。使用半导体分析仪连接器件的源极、漏极和栅极进行电学性能测试。转移特性曲线(图7中的左图)采用Ids-Vgs扫描模式，测试参数为：源漏偏压Vds＝0.1V，栅极Vgs扫描范围为-0.9V到0.9V，步长0.01V。输出特性曲线(图7中的右图)采用Ids-Vds扫描模式，测试参数为：栅压Vgs范围为-0.5V到0.5 V，步长0.2V，源漏偏压Vds范围为0V-0.1V。
图7为实施例1的基于微流控芯片的场效应晶体管的电学性能测试结果，包括转移特性曲线和输出特性曲线。其中，狄拉克点是新型冠状病毒识别的重要参数。由图7可以看出，该基于微流控芯片的场效应晶体管的本征信号中狄拉克点接近0V，符合输出特性曲线呈线性分布，说明石墨烯和锡铟合金是欧姆接触，符合石墨烯场效应晶体管的理想状态。
图8为实施例1的基于微流控芯片的场效应晶体管以及对比例1的基于微流控芯片的石墨烯场效应晶体管的电学性能对比图。由图8可以看出，对比例1的电学性能明显低于实施例1，在电流水平、跨导、开关比和载流子迁移率方面的性能都比较差。这说明，实施例1的基于微流控芯片的场效应晶体管具有更优异的电学性能。
实施例2
本实施例提供了一种生物标记物检测方法，该方法采用实施例1的基于微流控芯片的场效应晶体管(中央流道301的宽度为50μm)对核酸进行检测。
本实施例所采用的新型冠状病毒样本中含有互补链，该互补链是RNA单链，能和DNA探针互补配对。健康样本中含有非互补链，该非互补链是RNA单链，不能和DNA探针完全互补配对，其核苷酸序列和互补链相比只有一个碱基不同，相似度极高。
DNA探针核苷酸序列：5'-H2N-C6-GCAGATTTCTTAGTGACAGTTTGGCCTTG-3’。互补链核苷酸序列：5’-CAAGGCCAAACUGUCACUAAGAAAUCUGC-3’。非互补链核苷酸序列：5’-CAAGGCCAAACUGUCACUAAGGAAUCUGC-3’。
本实施例的生物标记物检测方法包括以下步骤：
(1)通过基于微流控芯片的场效应晶体管的中央流道301的进液口307注入浓度为5mM的1-芘丁酸N-羟基琥珀酰亚胺酯(1-Pyrenebutanoic acid succinimidyl ester,PBSE)溶液，该溶液中的溶剂为甲醇，注入时间为1h，流速为0.05μL/min，可以用注射泵控制流速，完成后，注入1×PBS溶液冲洗一遍，流速为10μL/min；
(2)注入浓度为1μM的DNA探针溶液，该溶液中的溶剂为1×PBS溶液，注入时间为2h，流速为0.05μL/min，完成后，注入1×PBS溶液冲洗一遍，流速为10μL/min；
(3)分别注入不同浓度的新型冠状病毒样本溶液，该溶液中的溶剂为1×PBS溶液，浓度分别是10fM、1pM、100pM、10nM和1μM，注入时间均为15min；同样地，在对照组实验中，在步骤(2)后，分别注入不同浓度的健康样本溶液，浓度分别是10fM、1pM、100pM、10nM和1μM，注入时间均为15min。
在每次注入功能化修饰物溶液和样本溶液后，均测试基于微流控芯片的场效应晶体管的电学信号。测试步骤包括：使用半导体分析仪连接器件的源极、漏极和栅极，将测试模式调至Ids-Vgs，测试器件的转移特性曲线，测试参数为：源漏偏压Vds＝0.1V，栅极Vgs扫描范围为-0.3V到0.3V，步长0.01V，得到的数据导出后用软件进行分析。
图9为本实施例测试得到的特异性检测图(图9中的(a)和(b))以及灵敏度检测图(图9中的(c))。图9的(a)和(b)中的新型冠状病毒样本溶液和健康样本溶液的浓度均为1μM。由图9中的(a)和(b)可以看出，互补链的狄拉克点相对于非互补链的信号向负栅压偏移，说明和非互补链相比，互补链对石墨烯进行了n型掺杂，非互补链没有被DNA探针捕获，器件能成功区分新型冠状病毒样本和健康样本。同时，由图9中的(c)可以看出，随着互补链的浓度不断增加，狄拉克点明显地向负栅压偏移，说明DNA探针与互补链的结合对石墨烯产生了n型掺杂，其检测限低至10fM，而且能有效区分互补链和单碱基突变的非互补链。单碱基突变的非互补链是只有1个碱基对和互补链不同的核苷酸序列，其和互补链的相似度极高，而本发明实施例提供的基于微流控芯片的场效应晶体管能够成功识别只有一个碱基不同的互补链和非互补链，说明其生物传感性能的优异。

Claims (21)

  1. 一种基于微流控芯片的场效应晶体管，其包括：衬底、半导体材料层和微流控芯片；
    所述衬底上设置有所述半导体材料层；所述微流控芯片覆盖在所述半导体材料层上；
    所述微流控芯片上设置有一中央流道和若干对电极通道；
    每对电极通道包括第一电极通道和第二电极通道，所述第一电极通道和所述第二电极通道分别设置在所述中央流道的两侧；所述第一电极通道和所述第二电极通道的端部各自分别设置有电线插口；所述第一电极通道和所述第二电极通道内均设置有低熔点金属层，以形成源极和漏极；
    所述电极通道与所述半导体材料层接触，所述半导体材料层被所述电极通道覆盖的部分设置有低熔点金属层；
    所述中央流道的一端为进液口、另一端为出液口；所述中央流道的进液口内插接有金属电极，所述金属电极作为栅极的导电电极；
    所述中央流道与所述半导体材料层接触。
  2. 根据权利要求1所述的基于微流控芯片的场效应晶体管，其中，所述衬底包括具有绝缘层的硅片。
  3. 根据权利要求1所述的基于微流控芯片的场效应晶体管，其中，所述半导体材料层是由半导体材料形成的层，所述半导体材料包括石墨烯、黑磷、碳纳米管、二硫化钼和有机半导体材料中的一种或几种的组合。
  4. 根据权利要求3所述的基于微流控芯片的场效应晶体管，其中，所述半导体材料为石墨烯。
  5. 根据权利要求1所述的基于微流控芯片的场效应晶体管，其中，所述微流控芯片的材料包括聚二甲基硅氧烷。
  6. 根据权利要求1所述的基于微流控芯片的场效应晶体管，其中，所述第一电极通道和所述第二电极通道以所述中央流道为对称轴呈对称分布。
  7. 根据权利要求1所述的基于微流控芯片的场效应晶体管，其中，所述第一电极通道和所述第二电极通道的端部各自分别进一步设置有低熔点金属入口。
  8. 根据权利要求1所述的基于微流控芯片的场效应晶体管，其中，所述低熔点金属层是由低熔点金属形成的层。
  9. 根据权利要求8所述的基于微流控芯片的场效应晶体管，其中，所述低熔点金属包括锡铟合金。
  10. 根据权利要求1所述的基于微流控芯片的场效应晶体管，其中，所述基于微流控芯片的场效应晶体管进一步包括：若干电线，所述电线的一端分别设置于所述第一电极通道和所述第二电极通道的电线插口内，并且至少部分位于所述低熔点金属层之中。
  11. 根据权利要求1所述的基于微流控芯片的场效应晶体管，其中，所述半导体材料层与所述中央流道接触的区域覆盖有离子液体，且所述离子液体与所述金属电极接触；所述金属电极和所述离子液体形成离子液体栅极。
  12. 根据权利要求1所述的基于微流控芯片的场效应晶体管，其中，所述基于微流控芯片的场效应晶体管进一步包括：夹具，所述夹具用于固定并夹紧所述衬底和所述微流控芯片。
  13. 一种权利要求1-12中任一项所述的基于微流控芯片的场效应晶体管的制备方法，其包括以下步骤：
    (1)在衬底上形成半导体材料层；
    (2)制备设置有一中央流道和若干对电极通道的微流控芯片；
    (3)组装步骤(1)得到的形成有半导体材料层的衬底和步骤(2)得到的微流控芯片；
    (4)在电极通道内以及半导体材料层被电极通道覆盖的部分形成低熔点金属层，得到源极和漏极；
    (5)将金属电极插入中央流道的进液口内，形成栅极的导电电极，得到所述的基于微流控芯片的场效应晶体管。
  14. 根据权利要求13所述的制备方法，其中，步骤(2)具体包括：通过微纳加工技术制备微流控芯片的阳模模具；然后利用所述阳模模具，采用聚二甲基硅氧烷以倒模法制备微流控芯片。
  15. 根据权利要求13所述的制备方法，其中，步骤(3)具体包括：将步骤(2)得到的微流控芯片覆盖在步骤(1)得到的形成有半导体材料层的衬底之上，然后用夹具将它们固定并夹紧。
  16. 根据权利要求13所述的制备方法，其中，所述制备方法在步骤(4)中形成低熔点金属层之前进一步包括：将若干电线的一端分别插入第一电极通道和第二电极通道的电线插口内。
  17. 根据权利要求16所述的制备方法，其中，步骤(4)具体包括：将若干电线的一端分别插入第一电极通道和第二电极通道的电线插口内；通过第一电极通道和第二电极通道的端部设置的低熔点金属入口将低熔点金属通入电极通道中，液态的低熔点金属 在电极通道内流动并与半导体材料层被电极通道覆盖的部分接触，并流动至电线插口处与电线接触，液态的低熔点金属凝固成固态后，形成低熔点金属层，得到源极和漏极，并且位于电线插口内的电线的至少部分包裹于低熔点金属层之中。
  18. 根据权利要求13所述的制备方法，其中，步骤(5)进一步包括：通过所述中央流道的进液口将离子液体通入所述中央流道中，所述离子液体覆盖于所述半导体材料层与所述中央流道接触的区域，且所述离子液体与所述金属电极接触，所述金属电极和所述离子液体形成离子液体栅极。
  19. 一种生物标记物检测方法，所述方法包括以下步骤：
    通过权利要求1-12中任一项所述的基于微流控芯片的场效应晶体管的中央流道的进液口注入包含生物标记物的离子液体，包含生物标记物的离子液体流经半导体材料层，进行生物标记物的检测。
  20. 根据权利要求19所述的生物标记物检测方法，其中，所述生物标记物检测方法具体包括以下步骤：通过所述基于微流控芯片的场效应晶体管的中央流道的进液口注入包含功能化修饰物的溶液，对半导体材料层进行功能化修饰，然后注入包含生物标记物的离子液体，功能化修饰的半导体材料层对生物标记物进行捕获，进而进行生物标记物的检测。
  21. 根据权利要求19所述的生物标记物检测方法，其中，所述生物标记物包括DNA、RNA和蛋白分子中一种或几种的组合。
PCT/CN2024/083801 2024-03-26 2024-03-26 基于微流控芯片的场效应晶体管及其制备方法与生物标记物检测方法 Pending WO2025199740A1 (zh)

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