本發(fā)明屬于柔性微電子器件，具體涉及一種有機(jī)電化學(xué)晶體管的生物傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、可穿戴式生物傳感器已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注，尤其是在現(xiàn)場(chǎng)醫(yī)療保健應(yīng)用中。相比傳統(tǒng)血液樣本，無(wú)創(chuàng)汗液能夠提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的代謝信息，成為可穿戴生物傳感器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而，大多數(shù)可穿戴汗液傳感器采用的薄膜不透水，生物酶無(wú)法與汗液中的分析物反應(yīng)，對(duì)超低濃度分析物無(wú)效。為了實(shí)現(xiàn)汗液的定向傳輸和優(yōu)化傳感器性能，研究者們意識(shí)到薄膜表面改性至關(guān)重要。然而，高性能汗液自吸取生物傳感器仍稀缺，因其在薄膜表面改性、傳感器集成及性能優(yōu)化方面的要求非?？量獭?/p>

2、有機(jī)電化學(xué)晶體管（oect）因其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如低溫處理、良好的水電解質(zhì)界面及“軟”力學(xué)性能，在生物傳感器、生物電子學(xué)和納米醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域備受關(guān)注。與無(wú)機(jī)半導(dǎo)體（如硅）基晶體管相比，oect使用有機(jī)半導(dǎo)體材料，顯示出信號(hào)放大的優(yōu)勢(shì)，并在低電壓（<1?v）水溶液中穩(wěn)定工作。oect生物傳感器已成功用于檢測(cè)葡萄糖、多巴胺、dna、抗原和哺乳動(dòng)物細(xì)胞等生物分子。

3、然而，當(dāng)前基于oect的可穿戴汗液傳感器在汗液自收集和本征可拉伸性方面發(fā)展仍顯不足?？刂坪挂簭钠つw表面定向傳輸至傳感區(qū)，并在形變后維持傳感器性能的穩(wěn)定性，是推動(dòng)可穿戴汗液傳感器發(fā)展的關(guān)鍵，也是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。

4、因此，需要研發(fā)出一種有機(jī)電化學(xué)晶體管的生物傳感器及其制備方法來(lái)解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問(wèn)題設(shè)計(jì)了一種有機(jī)電化學(xué)晶體管的生物傳感器及其制備方法。

2、本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的：

3、一種有機(jī)電化學(xué)晶體管的生物傳感器，包括：

4、柔性基板；

5、第一柵極；第一柵極置于柔性基板上方；第一柵極為多孔垂直金納米線柵極，在第一柵極的表面設(shè)置有多個(gè)微米級(jí)錐形微孔，微米級(jí)錐形微孔的大開(kāi)口端向下貫穿柔性基板設(shè)置，第一柵極的上方沉積有生物氧化酶與生物催化劑；第一柵極具有janus結(jié)構(gòu)，頂面親水，柔性基板底面疏水；

6、第二柵極；第二柵極置于柔性基板上方；第二柵極與第一柵極連接；

7、可拉伸源極；

8、可拉伸漏極；可拉伸源極和可拉伸漏極并排間隔置于柔性基板上方；

9、可拉伸活性層；可拉伸活性層置于可拉伸源極和可拉伸漏極的上方；

10、電解質(zhì)層；電解質(zhì)層置于可拉伸活性層與第二柵極上方；

11、柔性封裝層；柔性封裝層包覆第二柵極、可拉伸源極、可拉伸漏極、電解質(zhì)、可拉伸活性層。

12、一種有機(jī)電化學(xué)晶體管的生物傳感器的制備方法，包括：

13、s1、對(duì)基板用去離子水、異丙醇、丙酮溶液進(jìn)行清洗，用氮?dú)獯蹈珊笮D(zhuǎn)涂覆pdms在基板表面，進(jìn)行退火；

14、s2、將正性光刻膠旋轉(zhuǎn)涂覆在pdms薄膜表面，進(jìn)行熱退火，對(duì)正性光刻膠進(jìn)行曝光顯影；

15、s3、將基板表面進(jìn)行氧等離子體表面處理后，將其放入含有3-氨基丙基三乙氧基硅烷的無(wú)水乙醇溶液中浸泡，使用無(wú)水乙醇和氮?dú)馇逑春?，將其放入金種子溶液中浸泡，使用去離子水和氮?dú)馇逑春?，將其放入金納米線生長(zhǎng)溶液中浸泡，使用無(wú)水乙醇和氮?dú)馇逑春?，將pdms從基板表面剝離后，得到圖案化柔性可拉伸垂直金納米線薄膜電極；

16、s4、使用激光切割器在圖案化柔性可拉伸垂直金納米線薄膜電極表面進(jìn)行刻蝕，得到錐形微孔的第一柵極，并在第一柵極上滴涂葡萄糖氧化酶和亞鐵氰化鐵（iii）水溶液，靜置干燥；

17、s5、在ots表面處理的硅片表面旋轉(zhuǎn)涂覆活性層材料，并轉(zhuǎn)移到可拉伸源、漏極上方；

18、s6、將圖案化的柔性材料貼附在第二柵極、電解質(zhì)層上方實(shí)現(xiàn)封裝，得到生物傳感器。

19、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

20、1、由于錐形微孔的毛細(xì)管力和器件上下表面親疏水性差異，汗液會(huì)自發(fā)的從基底側(cè)吸取轉(zhuǎn)移到生物功能化修飾的垂直金納米線側(cè)，實(shí)現(xiàn)了汗液的自動(dòng)化提取與檢測(cè)。

21、2、垂直金納米線具有較高的比表面積，對(duì)氧化酶和催化劑具有較高負(fù)載能力，能夠?qū)崿F(xiàn)低豐富度生物標(biāo)志物檢測(cè)。

22、3、可拉伸活性層材料和金納米線的相互分離滲透網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠緩解器件的應(yīng)變損傷，應(yīng)變下仍然能保持優(yōu)異的器件性能。

23、4、實(shí)現(xiàn)了柵極傳感功能和信號(hào)放大功能的分離，減小了污染物產(chǎn)生的信號(hào)串?dāng)_，提高了器件的檢測(cè)靈敏度和選擇性。

技術(shù)特征：

1.一種有機(jī)電化學(xué)晶體管的生物傳感器，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有機(jī)電化學(xué)晶體管的生物傳感器，其特征在于：柔性基板的制備材料為聚二甲基硅氧烷、氫化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、水溶性聚氨酯中的任意一種，柔性基板的厚度為0.1-5?mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有機(jī)電化學(xué)晶體管的生物傳感器，其特征在于：生物氧化酶包括葡萄糖氧化酶、乳酸氧化酶、尿酸氧化酶、抗壞血酸氧化酶中的任意一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有機(jī)電化學(xué)晶體管的生物傳感器，其特征在于：生物催化劑為鉑納米顆粒或亞鐵氰化鐵（iii）。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有機(jī)電化學(xué)晶體管的生物傳感器，其特征在于：錐形微孔的上錐面直徑為100-800μm，上錐面與下錐面的直徑比為1:3~1:5。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有機(jī)電化學(xué)晶體管的生物傳感器，其特征在于：可拉伸活性層為pg2t-t、p3ht、pedot:pss中的任意一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有機(jī)電化學(xué)晶體管的生物傳感器，其特征在于：電解質(zhì)層為pbs溶液或固態(tài)離子凝膠。

8.據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的一種有機(jī)電化學(xué)晶體管的生物傳感器的制備方法，其特征在于，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種有機(jī)電化學(xué)晶體管的生物傳感器的制備方法，其特征在于，步驟s2中，正性光刻膠為az5214e、az1500系列中的任意一種，熱退火溫度范圍在90~110℃，時(shí)間范圍為2~10?min。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種有機(jī)電化學(xué)晶體管的生物傳感器的制備方法，其特征在于，步驟s3中，3-氨基丙基三乙氧基硅烷的濃度為5~50?mm，浸泡時(shí)間為2~4小時(shí)；金種子溶液中氯金酸濃度為0.25?mm，檸檬酸鈉濃度為0.25?mm，硼氫化鈉濃度為6?mm，浸泡時(shí)間為2~4小時(shí)；金納米線生長(zhǎng)溶液中氯金酸濃度為12?mm，4-巰基苯甲酸濃度為1.1?mm，l-抗壞血酸濃度為30?mm，浸泡時(shí)間為5-10?min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種有機(jī)電化學(xué)晶體管的生物傳感器及其制備方法，由于錐形微孔的毛細(xì)管力和器件上下表面親疏水性差異，汗液會(huì)自發(fā)的從基底側(cè)吸取轉(zhuǎn)移到生物功能化修飾的垂直金納米線側(cè)，實(shí)現(xiàn)了汗液的自動(dòng)化提取與檢測(cè)；垂直金納米線具有較高的比表面積，對(duì)氧化酶和催化劑具有較高負(fù)載能力，能夠?qū)崿F(xiàn)低豐富度生物標(biāo)志物檢測(cè)；可拉伸活性層材料和金納米線的相互分離滲透網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠緩解器件的應(yīng)變損傷，應(yīng)變下仍然能保持優(yōu)異的器件性能；實(shí)現(xiàn)了柵極傳感功能和信號(hào)放大功能的分離，減小了污染物產(chǎn)生的信號(hào)串?dāng)_，提高了器件的檢測(cè)靈敏度和選擇性。

技術(shù)研發(fā)人員：吳邦華,郭海宏,劉常健,彭玉潔,高林,于軍勝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28