本申請(qǐng)涉及生物傳感，特別涉及一種基于bi2o2se材料的場效應(yīng)晶體管生物傳感器及制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、21世紀(jì)，進(jìn)入信息時(shí)代。傳感技術(shù)作為it行業(yè)最重要的技術(shù)基礎(chǔ)之一，伴隨著人們的需求也得到了迅速發(fā)展。其中，場效應(yīng)晶體管(fet)生物傳感器因其具有靈敏度高、使用便攜、免標(biāo)記檢測等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于早期疾病診斷、藥物發(fā)現(xiàn)與測試等領(lǐng)域。

2、傳統(tǒng)的fet生物傳感器是由厚度為100nm以上的三維(3d)半導(dǎo)體制成的溝道。然而外部環(huán)境刺激只會(huì)影響材料上表面的性能(例如，載流子密度)，導(dǎo)致材料的信號(hào)轉(zhuǎn)換率低、檢測靈敏度不夠高。

3、目前，fet生物傳感器的研究工作一直致力于用低維材料來取代3d溝道材料，二維材料具有高載流子遷移率、大比表面積、優(yōu)良的柔韌性和力學(xué)性能、豐富的修飾位點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在生物傳感器領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其中，石墨烯具有優(yōu)越的電子特性(大的載流子遷移率)、高柔韌性和生物相容性、大比表面積、易于化學(xué)功能化等優(yōu)點(diǎn)，但由于石墨烯零帶隙，石墨烯基生物傳感器中的電流泄漏可能會(huì)增加，導(dǎo)致電流開關(guān)比較低，從而降低傳感器的靈敏度，限制了其在場效應(yīng)晶體管傳感器中的應(yīng)用；少層過渡金屬硫族化合物具有合適的帶隙，但相對(duì)較低的載流子遷移率限制了它們的應(yīng)用；少層黑磷具有合適的帶隙和相對(duì)較高的載流子遷移率，但它在空氣中容易降解，也阻礙了其在生物傳感領(lǐng)域的應(yīng)用。所以尋找新的具有合適帶隙、優(yōu)異電子性能和環(huán)境穩(wěn)定性的二維半導(dǎo)體迫在眉睫。

4、二維層狀bi2o2se以其優(yōu)異的性能成為一種很有前景的新型二維半導(dǎo)體材料，具有較窄的禁帶寬度、大的比表面積、高的載流子遷移率，此外，bi2o2se在水中表現(xiàn)出優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性；因此，bi2o2se在場效應(yīng)晶體管生物傳感應(yīng)用方面具有巨大的潛力。然而，現(xiàn)在的生物傳感器存在性能不穩(wěn)定、檢測靈敏度不高等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種基于bi2o2se材料的場效應(yīng)晶體管生物傳感器及制備方法與應(yīng)用，采用bi2o2se作為溝道材料制備場效應(yīng)晶體管生物傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)抗原的高靈敏檢測。

2、為解決上述技術(shù)問題，第一方面，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種基于bi2o2se材料的場效應(yīng)晶體管生物傳感器的制備方法，包括以下步驟：首先，制備bi2o2se材料，并將制備的bi2o2se材料轉(zhuǎn)移到基底上；然后，在轉(zhuǎn)移后的bi2o2se材料上刻蝕形成電極圖形，并沉積電極材料以形成電極；采用光刻膠進(jìn)行二次套刻保護(hù)電極，制得生物傳感芯片；采用導(dǎo)電膠和金線連接電路板和電極，利用電學(xué)平臺(tái)測試場效應(yīng)晶體管的電學(xué)性能；最后，對(duì)制得的生物傳感芯片進(jìn)行功能化處理，并將功能化處理后的生物傳感芯片連接至測試平臺(tái)，進(jìn)行生物分子檢測。

3、在一些示例性實(shí)施例中，采用化學(xué)氣相沉積法在云母襯底上制備bi2o2se材料，并將制備的bi2o2se材料通過聚甲基丙烯酸甲酯濕法轉(zhuǎn)移到基底上。

4、在一些示例性實(shí)施例中，制備bi2o2se材料，包括：以bi2o3與bi2se3為前驅(qū)體，將盛有bi2se3和bi2o3的剛玉舟放置于管式爐溫區(qū)上游和溫區(qū)下游，溫度設(shè)置在660℃～700℃之間；氟金云母作為襯底放置在離bi2o3下游10cm～12cm處；達(dá)到設(shè)置溫度后保溫6min～10min，保溫結(jié)束后自然冷卻至室溫；整個(gè)生長過程通入60sccm～100sccm的ar作為載氣，生長壓力為0.8kpa～10kpa。

5、在一些示例性實(shí)施例中，在轉(zhuǎn)移后的bi2o2se材料上刻蝕形成電極圖形，并沉積電極材料以形成電極，包括：在sio2/si基底上以600rpm的轉(zhuǎn)速旋涂az1500光刻膠10s，然后以2600rpm的轉(zhuǎn)速旋涂60s，在烘膠臺(tái)上以100℃前烘60s；在光刻機(jī)上曝光繪制好的電極圖形，曝光劑量為270mj/cm2，然后用az400k顯影液顯影60s；采用真空電阻熱蒸發(fā)鍍膜機(jī)在光刻的基片上鍍上10nm?in與100nm?au作為電極，蒸發(fā)速率為然后用丙酮去除光刻膠和多余的金。

6、在一些示例性實(shí)施例中，采用光刻膠進(jìn)行二次套刻保護(hù)電極，制得生物傳感芯片，包括：采用lor3a作為底膠保護(hù)電極；然后在底膠上旋涂上一層az1500進(jìn)行二次套刻，顯影后露出對(duì)電極兩端的接線處和溝道材料。

7、在一些示例性實(shí)施例中，采用導(dǎo)電膠和金線連接電路板和電極，利用電學(xué)平臺(tái)測試場效應(yīng)晶體管的電學(xué)性能，包括：將制得的生物傳感芯片采用導(dǎo)電快干膠固定在電路板上，采用銀膠和金線將芯片上的電極和電路板上的接線電極連接，經(jīng)過烘膠臺(tái)烘干銀膠；然后將電路板連接到測試平臺(tái)進(jìn)行電學(xué)性能測試。

8、在一些示例性實(shí)施例中，對(duì)制得的生物傳感芯片進(jìn)行功能化處理，包括：采用11-mua對(duì)制得的生物傳感芯片上的bi2o2se材料表面進(jìn)行功能化處理，處理時(shí)間為12h～24h；然后用edc/nhs溶液激活11-mua上的羧基；將抗體蛋白通過共價(jià)鍵固定在bi2o2se材料上。

9、在一些示例性實(shí)施例中，將功能化處理后的生物傳感芯片連接至測試平臺(tái)，進(jìn)行生物分子檢測，包括：將電路板連接至測試平臺(tái)，將不同濃度的抗原溶液滴加至溝道材料上，靜置10min～20min，然后對(duì)抗原進(jìn)行檢測；其中，所述溝道材料為bi2o2se材料。

10、第二方面，本申請(qǐng)實(shí)施例還提供了一種基于bi2o2se材料的場效應(yīng)晶體管生物傳感器，采用上述實(shí)施例所述的基于bi2o2se材料的場效應(yīng)晶體管生物傳感器的制備方法制得。

11、另外，本申請(qǐng)實(shí)施例還提供了一種上述實(shí)施例所述的基于bi2o2se材料的場效應(yīng)晶體管生物傳感器在檢測抗原蛋白中的應(yīng)用。

12、本申請(qǐng)實(shí)施例提供的技術(shù)方案至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：

13、本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種基于bi2o2se材料的場效應(yīng)晶體管生物傳感器及制備方法與應(yīng)用，該制備方法包括以下步驟：首先，制備bi2o2se材料，并將制備的bi2o2se材料轉(zhuǎn)移到基底上；然后，在轉(zhuǎn)移后的bi2o2se材料上刻蝕形成電極圖形，并沉積電極材料以形成電極；采用光刻膠進(jìn)行二次套刻保護(hù)電極，制得生物傳感芯片；采用導(dǎo)電膠和金線連接電路板和電極，利用電學(xué)平臺(tái)測試場效應(yīng)晶體管的電學(xué)性能；最后，對(duì)制得的生物傳感芯片進(jìn)行功能化處理，并將功能化處理后的生物傳感芯片連接至測試平臺(tái)，進(jìn)行生物分子檢測。

14、本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種基于bi2o2se材料的場效應(yīng)晶體管生物傳感器及其制備方法，基于bi2o2se作為源極、漏極之間的溝道材料，通過11-mua和edc/nhs溶液對(duì)bi2o2se表面進(jìn)行表面功能化處理，然后固定抗體蛋白，當(dāng)帶電的抗原分子與溝道材料表面固定的抗體結(jié)合后引起溝道材料的載流子遷移率變化，改變溝道材料的電導(dǎo)，引起源漏電流的變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)抗原的高靈敏度檢測。此生物傳感器具有操作簡單、靈敏度高、檢測極限低、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種基于bi2o2se材料的場效應(yīng)晶體管生物傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于bi2o2se材料的場效應(yīng)晶體管生物傳感器的制備方法，其特征在于，采用化學(xué)氣相沉積法在云母襯底上制備bi2o2se材料，并將制備的bi2o2se材料通過聚甲基丙烯酸甲酯濕法轉(zhuǎn)移到基底上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于bi2o2se材料的場效應(yīng)晶體管生物傳感器的制備方法，其特征在于，所述制備bi2o2se材料，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于bi2o2se材料的場效應(yīng)晶體管生物傳感器的制備方法，其特征在于，在轉(zhuǎn)移后的bi2o2se材料上刻蝕形成電極圖形，并沉積電極材料以形成電極，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于bi2o2se材料的場效應(yīng)晶體管生物傳感器的制備方法，其特征在于，采用光刻膠進(jìn)行二次套刻保護(hù)電極，制得生物傳感芯片，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于bi2o2se材料的場效應(yīng)晶體管生物傳感器的制備方法，其特征在于，采用導(dǎo)電膠和金線連接電路板和電極，利用電學(xué)平臺(tái)測試場效應(yīng)晶體管的電學(xué)性能，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于bi2o2se材料的場效應(yīng)晶體管生物傳感器的制備方法，其特征在于，對(duì)制得的生物傳感芯片進(jìn)行功能化處理，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于bi2o2se材料的場效應(yīng)晶體管生物傳感器的制備方法，其特征在于，將功能化處理后的生物傳感芯片連接至測試平臺(tái)，進(jìn)行生物分子檢測，包括：

9.一種基于bi2o2se材料的場效應(yīng)晶體管生物傳感器，其特征在于，采用如權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的基于bi2o2se材料的場效應(yīng)晶體管生物傳感器的制備方法制得。

10.一種如權(quán)利要求9所述的基于bi2o2se材料的場效應(yīng)晶體管生物傳感器在檢測抗原蛋白中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及生物傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;Se材料的場效應(yīng)晶體管生物傳感器及制備方法與應(yīng)用，該制備方法包括以下步驟：首先，制備Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;Se材料，并將制備的Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;Se材料轉(zhuǎn)移到基底上；然后，在轉(zhuǎn)移后的Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;Se材料上刻蝕形成電極圖形，并沉積電極材料以形成電極；采用光刻膠進(jìn)行二次套刻保護(hù)電極，制得生物傳感芯片；采用導(dǎo)電膠和金線連接電路板和電極，利用電學(xué)平臺(tái)測試場效應(yīng)晶體管的電學(xué)性能；最后，對(duì)制得的生物傳感芯片進(jìn)行功能化處理，并將功能化處理后的生物傳感芯片連接至測試平臺(tái)，進(jìn)行生物分子檢測。本申請(qǐng)?zhí)峁┑幕贐i<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;Se材料的場效應(yīng)晶體管生物傳感器的制備方法，采用Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;Se作為溝道材料制備場效應(yīng)晶體管生物傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)抗原的高靈敏檢測。

技術(shù)研發(fā)人員：薛天宇,徐浩,柳忠元,聶安民,向建勇,牟從普,溫福昇,王博翀,翟昆
受保護(hù)的技術(shù)使用者：燕山大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30