[发明专利]一种线阵ZnO纳米线异质结LED生物传感器及制备方法

权利要求书

1.一种线阵ZnO纳米线异质结LED生物传感器，其特征在于：包括有蓝宝石衬底，蓝宝石衬底上外延p型GaN层，p型GaN层上制备阵列化n型ZnO纳米线，阵列化纳米线间隙采用PMMA或者parylene材料填充，阵列化纳米线顶部沉积有ITO低阻导电薄膜，构成p型GaN-n型ZnO纳米线阵列异质结LED；在ITO低阻导电薄膜表面修饰有蛋白质及固定有抗体,蛋白质及抗体作为传感器的一部分，蛋白质用于抗体固定，抗体用于生物分子的特异性识别，其中ITO低阻导电薄膜表面制备有In金属引出电极，以Ni/Au合金作为p型GaN层电极。

2.根据权利要求1所述的一种线阵ZnO纳米线异质结LED生物传感器，其特征在于：所述ITO低阻导电薄膜表面上通过微流控通道引入修饰2抗的磁珠作为探测信号的放大，利用磁分离技术实现生物分子的探测，其具体实现过程为：

（1）、待检测物引入线阵ZnO纳米线异质结LED芯片表面，此时线阵ZnO纳米线异质结LED处于正向偏压状态，漂移电场促使载流子在结区有辐射复合；

（2）、在步骤（1）所述条件下可以实现线阵ZnO纳米线异质结LED光强面扫描，此时可在带CCD光学显微镜下即可实现面阵像元成像；

（3）、引入2抗修饰的磁珠实现特异性识别；

（4）、缓冲液引入，冲掉非特异性吸附的磁珠；

（5）、引入匀强磁场， 磁力使特异性吸附有磁珠的n型ZnO纳米线/p型GaN异质结能带结区弯曲，在一定的漂移电场下造成结区载流子辐射复合的增强，即在CCD中可捕捉到纳米线顶部吸附有磁珠的像元发光的增强；

（6）、在步骤（5）所述的条件下进行线阵LED光强重复扫描； 

（7）、通过线阵LED光强比对，建立检测物浓度与光强相对值之间的对应关系，通过调节磁场强度可实现更高灵敏度的探测。

3.一种线阵ZnO纳米线异质结LED生物传感器的制备方法，其特征在于： 包括以下步骤：

（1）、在蓝宝石衬底上首先采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）的方法沉积本征GaN缓冲层以减小外延p型GaN层的应力，接着在GaN缓冲层上外延高质量 p型GaN层，其中p型GaN层具有较高的质量，空穴浓度大于3.0 × 10¹⁷ cm^-3，迁移率大于10 cm²V^-1 s^-1；通过超声波清洗机利用丙酮、乙醇、去离子水对蓝宝石衬底上的p型GaN外延层处理5分钟后，采用氮气吹干；接着在100°C用热板对基片烘烤2分钟以去除表面吸附的水分子，最后用功率为120W的氧等离子体处理5分钟；

（2）、采用涂胶机将电子束光刻胶PMMA作为掩膜旋涂于步骤（1）处理后的p型GaN层表面，旋涂厚度为100 nm；然后将旋涂有电子束光刻胶PMMA的基片通过热板在180°C烘烤2分钟，等基片冷却到室温后送入电子束直写腔室，利用电子束对光刻胶PMMA进行图形化直写；接着在标准条件下显影40 s，并用IPA终止显影，在p型GaN层表面形成阵列化图形用于ZnO纳米线的选择性生长；最后用氮气吹干基片，并采用热板以100°C烘烤2分钟以烘干基片，采用氧等离子体在功率为120 W处理图形化基片，以去除掉裸露的p-GaN表面可能残存的PMMA薄层；

（3）、采用水热法在裸露的GaN层上制备ZnO纳米线阵列，利用六次甲基四胺和乙酸锌按摩尔比= 1:1来配制水热法生长所需的溶液，其中各自的浓度分别为0.01 mol/L,把配制好的溶液放入反应釜内衬中，把基片图形化面朝向反应釜内衬的底面，生长温度设置为95°C，生长时间为4 h，待温度冷却到室温取出基片，然后用去离子水多次润洗掉ZnO纳米线表面及其间隙中残余的溶液，最后利用热板烘干基片表面水分；

（4）、采用涂胶机把电子束光刻胶PMMA或者利用真空气相沉积仪把parylene材料涂覆ZnO纳米线阵列间隙，然后采用氧等离子体刻蚀掉ZnO纳米线阵列顶部的电子束光刻胶PMMA或者parylene材料，使ZnO顶部裸露出来；利用磁控溅射或者电子束蒸发的方法在ZnO纳米线阵列顶部沉积ITO低阻导电薄膜，使ZnO纳米线阵列通过ITO导电薄膜连接起来；

（5）、利用热蒸发或者电子束蒸发的方法在p型GaN层上制备5 nm Ni/100 nm Au合金电极，然后在空气中对Ni/Au电极在450°C退火5分钟以便形成较好的欧姆接触电极；在ITO低阻导电薄膜薄膜表面同样用热蒸发或者电子束蒸发的方法沉积In金属引出电极；

（6）、利用功率为120 W氧等离子体处理ITO低阻导电薄膜表面5分钟，，然后在ITO表面修饰蛋白质及抗体，蛋白质及抗体作为传感器的一部分，蛋白质用于抗体固定，抗体用于生物分子的特异性识别。

4.根据权利要求3所述的一种线阵ZnO纳米线异质结LED生物传感器的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，ZnO纳米线阵列的直径通过EBL或者纳米压印的方法图形化限域，纳米线的长度通过控制生长温度和时间实现精确控制，纳米线的直径和长度对于传感器的灵敏度是相关的。