基于有機(jī)電化學(xué)晶體管的海洋微生物附著傳感器及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于有機(jī)電化學(xué)晶體管的海洋微生物附著傳感器及制備方法。該傳感器由襯底（1）、漏電極（2）和源電極（3）、具有微生物探測(cè)功能的導(dǎo)電聚合物層（4）、儲(chǔ)水池（5）、柵電極（6）組成，漏電極（2）和源電極（3）位于襯底（1）之上，導(dǎo)電聚合物層（4）連接漏電極（2）和源電極（3），儲(chǔ)水池（5）位于導(dǎo)電聚合物層（4）之上，柵電極（6）位于儲(chǔ)水池（5）內(nèi)，懸掛于導(dǎo)電聚合物層（4）上方，通過(guò)電解液與導(dǎo)電聚合物層（4）連接。制備步驟：對(duì)襯底清洗后干燥；在襯底表面制備源電極和漏電極；在源電極和漏電極之間制備導(dǎo)電聚合物探測(cè)層；在導(dǎo)電聚合物層表面安裝儲(chǔ)水池。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制備方法也簡(jiǎn)單，易于制作。
【專利說(shuō)明】基于有機(jī)電化學(xué)晶體管的海洋微生物附著傳感器及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物傳感器領(lǐng)域，具體涉及ー種基于有機(jī)電化學(xué)晶體管的海洋微生物附著傳感器及制備方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]在海洋環(huán)境中，細(xì)菌、硅藻等微生物通常會(huì)迅速地在材料表面附著并形成微生物膜，造成海洋工程設(shè)備的微生物污損，使設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性受到很大的影響，甚至喪失工作能力。同時(shí)，微生物膜也是后續(xù)大型海洋生物藤壺、牡蠣、貽貝等附著的“土壌”。若前期微生物膜演變過(guò)程被阻止則后續(xù)大型的附著將被阻止。因此，如何快速檢測(cè)到海洋微生物附著，以便為及時(shí)采取一定的防護(hù)措施提供依據(jù)就顯得尤為重要。
[0004]有機(jī)材料價(jià)格低廉、材料來(lái)源廣泛、與柔性基底相兼容等特點(diǎn)使有機(jī)電化學(xué)晶體管在生物傳感器方面的發(fā)展和應(yīng)用引起了人們的廣泛關(guān)注。此外，有機(jī)電化學(xué)晶體管在水環(huán)境中顯示出良好的穩(wěn)定性，且可以在電解液中以較低的電壓(約IV)工作。因此，從低價(jià)格、低功耗、穩(wěn)定性方面來(lái)說(shuō)，基于有機(jī)電化學(xué)晶體管的生物傳感器是ー個(gè)新的發(fā)展視角。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于提供一種制備エ藝簡(jiǎn)単，生成成本低廉，用于檢測(cè)海洋微生物附著的一種基于有機(jī)電化學(xué)晶體管的海洋微生物傳感器及其制備方法。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:基于有機(jī)電化學(xué)晶體管的海洋微生物附著傳感器，由襯底、漏電極和源電極、具有微生物探測(cè)功能的導(dǎo)電聚合物層、儲(chǔ)水池、柵電極組成，其特征在于:漏電極和源電極位于襯底之上，導(dǎo)電聚合物層連接漏電極和源電極，導(dǎo)電聚合物層既作為有機(jī)電化學(xué)晶體管的基本組成部分又作為敏感功能層，儲(chǔ)水池位于導(dǎo)電聚合物層之上，柵電極位于儲(chǔ)水池內(nèi)，懸掛于導(dǎo)電聚合物層上方，通過(guò)電解液與導(dǎo)電聚合物層連接。
[0008]進(jìn)ー步說(shuō)，所述導(dǎo)電聚合物層以導(dǎo)電聚合物為原料，由聚噻吩、聚吡咯或聚苯胺的至少ー種構(gòu)成。
[0009]進(jìn)ー步說(shuō)，所述導(dǎo)電聚合物層4的厚度為5?500 nm。
[0010]進(jìn)ー步說(shuō),所述襯底由娃片、玻璃、聚合物薄膜或金屬箔制成。
[0011]進(jìn)ー步說(shuō)，所述源電極和漏電極由低電阻的金屬及其合金材料、金屬氧化物或?qū)щ姀?fù)合材料制成，源電極和漏電極的厚度為10?300 nm。
[0012]進(jìn)ー步說(shuō)，所述柵電極由金電極、銀電扱、鉬電極、石墨電極或參比電極的至少ー種構(gòu)成。
[0013]基于有機(jī)電化學(xué)晶體管的海洋微生物傳感器的制備方法，包括以下步驟:
I)對(duì)襯底進(jìn)行徹底的清洗，清洗后干燥； 2)在襯底表面制備源電極和漏電極；
3)在源電極和漏電極之間制備用于探測(cè)微生物附著的導(dǎo)電聚合物層；
4)在導(dǎo)電聚合物層表面安裝儲(chǔ)水池。
[0014]進(jìn)ー步說(shuō)，制備方法中所述源電極和漏電極是通過(guò)離子體化學(xué)氣相沉積、熱氧化、旋涂、真空蒸鍍、旋涂、滴膜、壓印、印刷或氣噴中的ー種方法制備。
[0015]進(jìn)ー步說(shuō)，制備方法中所述導(dǎo)電聚合物層是通過(guò)旋涂、印刷、氣噴或打印中的ー種方法制備。
[0016]進(jìn)ー步說(shuō)，制備方法中所述的真空蒸鍍?cè)措姌O和漏電極時(shí)速度為0.1?0.6納米/秒，厚度為10?300 nm。
[0017]進(jìn)ー步說(shuō)，制備方法中所述旋涂エ藝為2000轉(zhuǎn)/分鐘的速度旋涂導(dǎo)電聚合物層，厚度為5?500 nm ;所述退火溫度為200で，退火氣氛為氮?dú)?，時(shí)間為I小時(shí)。
[0018]本發(fā)明提供的海洋微生物附著傳感器是基于有機(jī)電化學(xué)晶體管并采用對(duì)微生物附著有敏感特性的導(dǎo)電聚合物作為探測(cè)層，即在源電極和漏電極之間加入一層由導(dǎo)電聚合物材料制成的探測(cè)層。通過(guò)導(dǎo)電聚合物材料對(duì)微生物附著而迅速改變的有機(jī)電化學(xué)晶體管的源、漏電流，閾值電壓等電學(xué)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)海洋微生物附著的快速檢測(cè)功能。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制備方法也簡(jiǎn)單，易于制作。
[0019]本發(fā)明具有以下有益效果:
一、采用多種制備エ藝，大大筒化器件制備過(guò)程，器件能夠集成化、陣列化、微型化，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
[0020]ニ、導(dǎo)電聚合物有機(jī)材料成本低廉、可大面積形成薄膜，并且能夠和柔性襯底相兼容。
[0021]三、有機(jī)電化學(xué)晶體管在海水環(huán)境中具有好的穩(wěn)定性，便于現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。
[0022]四、基于有機(jī)電化學(xué)晶體管的生物傳感器可以快速的對(duì)海洋微生物附著做出響應(yīng)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)ー步說(shuō)明。
[0024]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)剖視圖；
圖2為本發(fā)明的生物傳感器在海洋微生物附著前后的轉(zhuǎn)移曲線。
[0025]圖中:1.襯底、2.漏電極、3.源電極、4.導(dǎo)電聚合物層、5.儲(chǔ)水池、6.柵電極。
【具體實(shí)施方式】
[0026]原理:有機(jī)電化學(xué)晶體管海洋微生物傳感器以導(dǎo)電聚合物為敏感層，在工作時(shí)，有機(jī)電化學(xué)晶體管導(dǎo)電聚合物層吸附海洋微生物，使得導(dǎo)電聚合物薄膜/海水的界面電勢(shì)發(fā)生變化，從而使器件的參數(shù)發(fā)生改變。通過(guò)檢測(cè)器件參數(shù)(閾值電壓、開(kāi)關(guān)電流、導(dǎo)電聚合物材料的電子遷移率或柵極電壓的偏移量)的變化而得到海洋微生物的信息。
[0027]—種基于有機(jī)電化學(xué)晶體管的海洋微生物傳感器，包括襯底1、漏電極2和源電極
3、具有微生物探測(cè)功能的導(dǎo)電聚合物層4、儲(chǔ)水池5、柵電極6組成，其特征在于:漏電極2和源電極3位于襯底I之上，導(dǎo)電聚合物層4連接漏電極2和源電極3，儲(chǔ)水池5位于導(dǎo)電聚合物層4之上，柵電極6位于儲(chǔ)水池5內(nèi)，懸掛于導(dǎo)電聚合物層4上方，通過(guò)電解液與導(dǎo)電聚合物層4連接。
[0028]襯底I可采用剛性襯底或者柔性襯底，如硅片、玻璃、聚合物薄膜和金屬箔中的一種，本發(fā)明采用價(jià)格低廉的玻璃襯底。
[0029]源電極3和漏電極2可采用具有低電阻、穩(wěn)定性較好的材料，如金(Au)、銀(Ag)鎂(Mg)合金、鋁(Al)、銅(Cu)、鈣(Ca)、鋇(Ba)、鎳(Ni)等金屬及其合金材料，如氧化銦錫(IT0)。制備方法可以是真空熱蒸鍍、旋涂、噴霧、磁控濺射等各種成膜方法。所述源電極3和漏電極2的厚度為10?300 nm。
[0030]所述導(dǎo)電聚合物層4由聚噻吩、聚吡咯或聚苯胺的至少ー種構(gòu)成；制備方法可以是旋涂、印刷、噴霧或打印等各種成膜方法，所述導(dǎo)電聚合物層探測(cè)層的厚度均為5?500nm。
[0031]所述柵電極6由金電極、銀電極、鉬電極、石墨電極或參比電極的至少ー種構(gòu)成。還可以采用參比電極如銀/氯化銀電極、甘汞電扱。
[0032]實(shí)施例1
基于有機(jī)電化學(xué)晶體管的海洋微生物傳感器，由襯底1、漏電極2和源電極3、導(dǎo)電聚合物層4、儲(chǔ)水池5、柵電極6組成，漏電極2和源電極3位于襯底I之上，導(dǎo)電聚合物層4連接漏電極2和源電極3，儲(chǔ)水池5位于導(dǎo)電聚合物層4之上，柵電極6位于儲(chǔ)水池5內(nèi)，懸掛于導(dǎo)電聚合物層4上方，通過(guò)電解液與導(dǎo)電聚合物層4連接。導(dǎo)電聚合物層以導(dǎo)電聚合物聚(3，4_ ニ氧こ基噻吩)/聚苯こ烯磺酸(PED0T:PSS)為原料。
[0033]對(duì)玻璃基底進(jìn)行清洗，分別用去離子水、丙酮、無(wú)水こ醇超聲波清洗lOmin。清洗后，將玻璃基底放入U(xiǎn)V表面照射清洗機(jī)中清洗10分鐘；利用真空蒸鍍方法，蒸鍍?cè)措姌O和漏電極，源漏電極均為Au電極，蒸鍍速率0.1納米/秒，厚度為50納米；以2000轉(zhuǎn)/分鐘的速度旋涂導(dǎo)電聚合物層PEDOT:PSS，厚度為80nm ;然后在200°C，氮?dú)鈿夥障峦嘶餓小時(shí)；然后用膠水將硅膠管固定在器件表面，密封成儲(chǔ)水池；最后將金線電極作為柵極插入儲(chǔ)水池內(nèi)。
[0034]將上述器件放在紫外燈下滅菌0.5小時(shí)，然后往儲(chǔ)水池內(nèi)倒入培養(yǎng)好的硅藻液，測(cè)試有機(jī)電化學(xué)晶體管傳感器的轉(zhuǎn)移曲線，幾天后，再測(cè)一次轉(zhuǎn)移曲線。對(duì)比硅藻附著前后的轉(zhuǎn)移曲線(參見(jiàn)圖2)可知，硅藻附著后，轉(zhuǎn)移曲線發(fā)生變化，曲線向右偏移，這是因?yàn)楣柙灞旧韼в胸?fù)電荷，附著后使得PEDOT:PSS界面電勢(shì)發(fā)生變化，從而使轉(zhuǎn)移曲線向右偏移。
[0035]實(shí)施例2
對(duì)PET聚酯薄膜進(jìn)行清洗，分別用去離子水、丙酮、無(wú)水こ醇超聲波清洗lOmin。清洗后，放入U(xiǎn)V表面照射清洗機(jī)中清洗10分鐘；利用真空蒸鍍方法，蒸鍍?cè)措姌O和漏電極，源漏電極均為Cu電極，蒸鍍速率0.2納米/秒，厚度為10納米；以2000轉(zhuǎn)/分鐘的速度旋涂導(dǎo)電聚合物層聚吡咯(PPy)，厚度為5nm;然后在200°C，氮?dú)鈿夥障峦嘶餓小時(shí)；然后用膠水將硅膠管固定在器件表面，密封成儲(chǔ)水池；最后將銀/氯化銀電極作為柵極插入儲(chǔ)水池內(nèi)；即得有機(jī)電化學(xué)晶體管海洋微生物傳感器。
[0036]實(shí)施例3
對(duì)硅片基底進(jìn)行清洗，分別用去離子水、丙酮、無(wú)水こ醇超聲波清洗lOmin。清洗后，放入U(xiǎn)V表面照射清洗機(jī)中清洗10分鐘；利用真空蒸鍍方法，蒸鍍?cè)措姌O和漏電極，源漏電極均為氧化銦錫(ITO)電極，蒸鍍速率0.6納米/秒，厚度為300納米；以2000轉(zhuǎn)/分鐘的速度旋涂導(dǎo)電聚合物層聚苯胺，厚度為80nm ;然后在200°C，氮?dú)鈿夥障峦嘶餓小時(shí)；然后用膠水將硅膠管固定在器件表面，密封成儲(chǔ)水池；最后將金線電極作為柵極插入儲(chǔ)水池內(nèi)；即得有機(jī)電化學(xué)晶體管海洋微生物傳感器。
[0037]實(shí)施例4
對(duì)金屬銅箔進(jìn)行化學(xué)拋光，再分別用去離子水、丙酮、無(wú)水こ醇超聲波清洗lOmin。清洗后，放入U(xiǎn)V表面照射清洗機(jī)中清洗10分鐘；利用真空蒸鍍方法，蒸鍍?cè)措姌O和漏電極，源漏電極均為Au電極，蒸鍍速率0.1納米/秒，厚度為50納米；以2000轉(zhuǎn)/分鐘的速度旋涂導(dǎo)電聚合物層PEDOT:PSS，厚度為500nm;然后在200°C，氮?dú)鈿夥障峦嘶餓小時(shí)；然后用膠水將硅膠管固定在器件表面，密封成儲(chǔ)水池；最后將石墨電極作為柵極插入儲(chǔ)水池內(nèi)；即得有機(jī)電化學(xué)晶體管海洋微生物傳感器。
【權(quán)利要求】
1.一種基于有機(jī)電化學(xué)晶體管的海洋微生物傳感器，由襯底(I)、漏電極(2)和源電極(3)、具有微生物探測(cè)功能的導(dǎo)電聚合物層(4)、儲(chǔ)水池(5)、柵電極(6)組成，其特征在于:漏電極(2)和源電極(3)位于襯底(I)之上，導(dǎo)電聚合物層(4)連接漏電極(2)和源電極(3),儲(chǔ)水池(5)位于導(dǎo)電聚合物層(4)之上,柵電極(6)位于儲(chǔ)水池(5)內(nèi)，懸掛于導(dǎo)電聚合物層(4)上方，通過(guò)電解液與導(dǎo)電聚合物層(4)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有機(jī)電化學(xué)晶體管的海洋微生物傳感器，其特征在于:所述導(dǎo)電聚合物層(4)由聚噻吩、聚吡咯或聚苯胺的至少ー種構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于有機(jī)電化學(xué)晶體管的海洋微生物傳感器，其特征在于:所述導(dǎo)電聚合物層(4)的厚度為5?500 nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于有機(jī)電化學(xué)晶體管的海洋微生物傳感器，其特征在于:所述襯底(I)由硅片、玻璃、聚合物薄膜或金屬箔制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于有機(jī)電化學(xué)晶體管的海洋微生物傳感器，其特征在于:所述源電極(3)和漏電極(2)由低電阻的金屬及其合金材料、金屬氧化物或?qū)щ姀?fù)合材料制成，源電極(3)和漏電極(2)的厚度為10?300 nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有機(jī)電化學(xué)晶體管的海洋微生物傳感器，其特征在于:所述柵電極(6)由金電極、銀電扱、鉬電極、石墨電極或參比電極的至少ー種構(gòu)成。
7.基于有機(jī)電化學(xué)晶體管的海洋微生物傳感器的制備方法，其特征在于:它包括以下幾個(gè)步驟: 1)對(duì)襯底(I)進(jìn)行徹底的清洗，清洗后干燥； 2)在襯底表面制備源電極(3)和漏電極(2)； 3)在源電極和漏電極之間制備導(dǎo)電聚合物探測(cè)層(4)； 4)在導(dǎo)電聚合物層表面安裝儲(chǔ)水池(5)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于有機(jī)電化學(xué)晶體管的海洋微生物傳感器的制備方法，其特征在干:所述源電極(3)和漏電極(2)是通過(guò)真空熱蒸鍍、磁控濺射、等離子體化學(xué)氣相沉積、絲網(wǎng)印刷、打印或旋涂中的ー種方法制備。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的基于有機(jī)電化學(xué)晶體管的海洋微生物傳感器的制備方法，其特征在于:所述導(dǎo)電聚合物層(4)是通過(guò)旋涂、印刷、噴霧或打印中的ー種方法制備。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的基于有機(jī)電化學(xué)晶體管的海洋微生物傳感器的制備方法，其特征在于:所述的真空蒸鍍?cè)措姌O和漏電極時(shí)速度為0.1?0.6納米/秒，厚度為10?300 nm ;所述旋涂エ藝為2000轉(zhuǎn)/分鐘的速度旋涂導(dǎo)電聚合物層，厚度為5?500nm ;所述退火溫度為200で，退火氣氛為氮?dú)?，時(shí)間為I小吋。
【文檔編號(hào)】G01N27/26GK103558270SQ201310488916
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】林仕偉, 廖建軍, 張蕊蕊, 楊岳 申請(qǐng)人:海南大學(xué)