一种石墨烯/氧化锌异质结生物传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新型的生物传感器，尤其涉及一种石墨烯/氧化锌异质结生物传感器，属于新型生物传感器领域。
【背景技术】
[0002]生物传感器是一种对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。生物传感器是一项由生物、化学、物理、医学、电子技术多种学科相互渗透成长起来的高新技术，其在生物医学、临床检测、环境检测、食品、制药、化工等领域都有广泛的应用，生物传感器的研究开发已成为世界科技发展的热点。目前，生物传感器的选择活性、生物响应稳定性、信号转换器的使用寿命等问题仍亟待解决。生物传感器可根据分子识别元件的不同分为微生物传感器、酶传感器、细胞传感器、组织传感器和免疫传感器；根据信号转换方式的不同可以分为电化学生物传感器、光学生物传感器、热生物传感器、压电生物传感器和磁生物传感器等。目前，生物传感器还存在灵敏度、制备简单性、成本等一些问题。新型生物传感器的研发仍然是人类健康事业发展中的关键技术之一。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种灵敏度高、响应快速的石墨烯/氧化锌异质结生物传感器。
[0004]本发明的石墨烯/氧化锌异质结生物传感器，自下而上依次包括第二电极、氧化锌衬底、石墨烯层和第一电极，在石墨烯层与氧化锌衬底之间位于第一电极正下方的区域还具有绝缘层，用于隔绝该区域的石墨烯层与氧化锌衬底，其余区域的石墨烯层与氧化锌衬底相接触。
[0005]上述技术方案中，所述的氧化锌衬底为η型掺杂，掺杂浓度IX 114Cm 3至
IXlO20Cm3O
[0006]所述的石墨稀层可以为单层石墨稀或多层石墨稀。
[0007]所述的第一电极、第二电极均通常为金、铜、银、镍、钛、铝、铬、铂、ITO或AZO中的一种或几种的复合电极。
[0008]所述的绝缘层厚度通常为I纳米至500微米。
[0009]所述的氧化锌衬底的厚度为20纳米到2厘米。
[0010]所述的绝缘层可以为真空法沉积的绝缘介质膜、旋涂或喷涂得到的有机绝缘介质膜或无机绝缘介质膜。
[0011]本发明的有益效果是:本发明通过构筑的基于石墨烯和氧化锌的肖特基异质结为信号转换器，制备了一种新型的生物传感器。该种生物传感器属于低能耗、超高速半导体器件，其显著的特点在于反向电流主要受肖特基势皇高度影响，并且呈指数关系。因而，微小的肖特基势皇变化就会弓I起反偏电流的大幅提尚。
[0012]石墨烯具有二维结构，其载流子分布受周围环境影响。将含有待检物质的溶液滴加在本发明生物传感器的石墨稀层上时，生物质与石墨稀接触会引起石墨稀载流子的重新分布，费米能级位置发生变化，从而引起石墨烯与氧化锌形成的异质结势皇高度发生变化，进而从反偏电流的变化上反映出电信号，本发明的生物传感器具有结构简单、灵敏度高、响应快速的特点，可应用于临床检测、生物医学检测等领域。
【附图说明】
[0013]图1石墨烯/氧化锌异质结生物传感器的结构示意图；
图2石墨烯/氧化锌异质结生物传感器对牛血清蛋白的测试；
图3石墨烯/氧化锌异质结生物传感器对多巴胺的测试。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
[0015]参照图1，本发明的石墨烯/氧化锌异质结生物传感器，自下而上依次包括第二电极5、氧化锌衬底4、石墨烯层2和第一电极1，在石墨烯层2与氧化锌衬底4之间位于第一电极I正下方的区域还具有绝缘层3，用于隔绝该区域的石墨烯层与氧化锌衬底，其余区域的石墨烯层与氧化锌衬底相接触。
[0016]实施例1
构建本发明的石墨烯/氧化锌异质结生物传感器，步骤如下:
(1)以单晶η型氧化锌为基底，衬底尺寸为I厘米XI厘米，厚度为500微米，掺杂浓度
IXlO16Cm3;
(2)在氧化锌背面通过电子束蒸发沉积50纳米的金电极；
(3)衬底表面用丙酮和水清洗干净并烘干，并利用掩膜法沉积50纳米厚的氧化硅绝缘层；
(4)将单层石墨烯转移至氧化锌衬底上，覆盖绝缘层；
(5)通过热蒸发在石墨烯上绝缘层区域沉积30纳米厚的镍电极。
[0017]所得到的石墨烯/氧化锌异质结生物传感器对牛血清蛋白水溶液(浓度I微克/毫升)进行检测，以去离子水为空白组，测试结果见附图2，从图中可知，石墨烯/氧化锌异质结生物传感器在牛血清蛋白的作用下反偏电流提高一个数量级以上，响应灵敏。
[0018]实施例2
构建本发明的石墨烯/氧化锌异质结生物传感器，步骤如下:
(1)在表面沉积有ITO导电膜的柔性PET衬底上溅射2O纳米厚的η型氧化锌，
IXlO18Cm3;
(2)利用掩膜旋涂法制备500纳米厚的PDMS绝缘层；
(3)将单层石墨烯转移至氧化锌衬底上；
(4)通过磁控溅射法在石墨烯上绝缘层区域沉积60纳米厚的铬银复合电极。
[0019]将得到的生物传感器进行多巴胺的生物检测，将浓度为0.lg/mL的多巴胺水溶液滴到生物传感器的石墨烯层上，如附图3所示，在滴加多巴胺的情况下，电流提高约3倍。
[0020]实施例3
构建本发明的石墨烯/氧化锌异质结生物传感器，步骤如下: (1)以单晶η型氧化锌为基底，衬底尺寸为I厘米Xl厘米，厚度为2厘米，掺杂浓度
IXlO17Cm3;
(2)在氧化锌背面通过电子束蒸发沉积80纳米的金/铬复合电极；
(3)衬底表面用丙酮和水清洗干净并烘干，并利用掩膜法沉积60纳米厚的氧化铝绝缘层；
(4)将3层石墨烯转移至氧化锌衬底上；
(5)通过热蒸发在石墨烯上绝缘层区域沉积60纳米厚的铂铜复合电极；
(6 )石墨稀表面用RNA蛋白酶进行修饰。
[0021]由于表面修饰作用，所得到的石墨烯/氧化锌生物传感器可以用于RNA的分辨和测量。
[0022]实施例4
构建本发明的石墨烯/氧化锌异质结生物传感器，步骤如下:
(1)在表面沉积有ITO导电膜的柔性PI衬底上溅射50纳米厚的η型氧化锌，
IXlO14Cm3;
(2)利用掩膜旋涂法制备500纳米厚的二氧化钛绝缘层；
(3)将单层石墨烯转移至氧化锌衬底上；
(4)通过磁控溅射法在石墨烯上绝缘层区域沉积50纳米厚的铬金复合电极。
[0023]实施例5
(1)以单晶η型氧化锌为基底，衬底尺寸为I厘米XI厘米，厚度为300微米，掺杂浓度
IXlO20Cm3;
(2)在氧化锌背面通过电子束蒸发沉积60纳米的金电极；
(3)衬底表面用丙酮和水清洗干净并烘干，并利用掩膜法沉积60纳米厚的氮化硅绝缘层；
(4)将5层石墨烯转移至氧化锌衬底上；
(5)通过热蒸发在石墨烯上绝缘层区域沉积60纳米厚的铂银复合电极。
【主权项】
1.一种石墨烯/氧化锌异质结生物传感器，其特征在于，自下而上依次包括第二电极(5 )、氧化锌衬底(4 )、石墨烯层(2 )和第一电极(I)，在石墨烯层(2 )与氧化锌衬底(4 )之间位于第一电极(I)正下方的区域还具有绝缘层(3)，用于隔绝该区域的石墨烯层与氧化锌衬底，其余区域的石墨烯层与氧化锌衬底相接触。2.根据权利要求1所述的石墨烯/氧化锌异质结生物传感器，其特征在于，所述的氧化锌衬底为η型掺杂，掺杂浓度I X 114Cm 3至IXlO20Cm303.根据权利要求1所述的石墨烯/氧化锌异质结生物传感器，其特征在于，所述的石墨烯层为单层石墨烯或多层石墨烯。4.根据权利要求1所述的石墨烯/氧化锌异质结生物传感器，其特征在于，所述的第一电极、第二电极均为金、铜、银、镍、钛、铝、铬、铂、ITO或AZO中的一种或几种的复合电极。5.根据权利要求1所述的石墨烯/氧化锌异质结生物传感器，其特征在于，所述的绝缘层厚度为I纳米至500微米。6.根据权利要求1所述的石墨烯/氧化锌异质结生物传感器，其特征在于，所述的氧化锌衬底的厚度为20纳米到2厘米。7.根据权利要求1所述的石墨烯/氧化锌异质结生物传感器，其特征在于，所述的绝缘层为真空法沉积的绝缘介质膜、旋涂或喷涂得到的有机绝缘介质膜或无机绝缘介质膜。
【专利摘要】本发明公开了一种石墨烯/氧化锌异质结生物传感器，该生物传感器自下而上依次包括第二电极、氧化锌衬底、石墨烯层和第一电极，在石墨烯层与氧化锌衬底之间位于第一电极正下方的区域还具有绝缘层，用于隔绝该区域的石墨烯层与氧化锌衬底，其余区域的石墨烯层与氧化锌衬底相接触。本发明的生物传感器具有结构简单、灵敏度高、响应快速的特点，可应用于临床检测、生物医学检测等领域。
【IPC分类】G01N27/26
【公开号】CN105067688
【申请号】CN201510529935
【发明人】徐一梦, 邱彩玉, 丁雯, 张新娟
【申请人】温州生物材料与工程研究所
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月26日