[发明专利]一种检测羟基自由基的场效应传感器及其制备方法

说明书

本发明属于传感检测技术领域，具体公开了一种检测羟基自由基的场效应传感器的制备方法。本发明方法包括：首先，在绝缘衬底上制备导电石墨烯薄膜，并制备图案化电极以获得场效应器件；然后，在石墨烯膜表面镀上一层金膜，通过在惰性气体氛围中退火得到分布均匀的金纳米颗粒；最后，将原卟啉修饰到金纳米颗粒表面，得到原卟啉‑金纳米颗粒修饰的石墨烯薄膜。借助镉离子等可与原卟啉配位的金属离子作为电流变化指示剂，通过羟基自由基对所修饰卟啉的氧化断键作用，改变石墨烯表面电荷浓度，从而实现羟基自由基浓度的检测。本发明工艺简单，能实现高选择性、快速传感，为其在生命、环境、能源、安全等领域的应用奠定了基础。

技术领域

本发明属于传感检测技术领域，具体涉及一种检测羟基自由基场效应传感器及其制备方法。

背景技术

场效应晶体管是利用控制输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件，基于场效应晶体管所制备的传感器可通过带电分子、离子等吸附-去吸附过程中引起材料电学性质的变化来实现痕量物质的检测。石墨烯是2004年英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andre K.Geim) 等发现的一种二维碳原子晶体，为单层或多层的极薄的碳材料。由于石墨烯自身具有很高的载流子迁移率，对外界环境的微量电荷干扰具有很高的灵敏度，因此基于石墨烯材料的场效应传感器受到了研究者的广泛关注。此类器件具有微型化、低能耗和快速响应等优点，成为一种常用的分析工具，并在pH、DNA、RNA、活细胞、气体和金属离子等检测方面具有广泛应用。

羟基自由基是活性氧中非常重要的一类物质，是生物体代谢过程中由O₂获得三个电子后的还原产物。其独特生理功能性能，使其成为各学科领域的研究热点。但由于其活性高、寿命短和相互之间容易转化的特点，使其分析检测成为研究的一个难点。传统的分析方法，如电子自旋共振法、色谱法和荧光法等，存在仪器昂贵、样品前处理过程复杂和操作过程中可能引进其他污染的问题，在一定程度上限制了其在某些领域的应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种检测羟基自由基的新方法，通过将现有二维材料制备技术和传感技术相结合，实现高灵敏和选择性检测羟基自由基。

本发明提供的检测羟基自由基的场效应晶体管的制备方法，具体步骤为：

（1）在绝缘衬底上制备均匀的导电石墨烯薄膜；

（2）在步骤（1）得到石墨烯薄膜上镀上图案化的源漏电极，获得场效应器件；

（3）对步骤（2）所得的器件，在石墨烯薄膜表面镀上一层金膜，并通过在惰性气体氛围中退火，得到分布均匀的金纳米颗粒；

（4）对步骤（3）所得的金纳米颗粒，用化学法将原卟啉共价修饰到石墨烯薄膜表面的金纳米颗粒上，得到原卟啉修饰的石墨烯薄膜场效应器件；再用蒸馏水冲洗干净，高纯N₂吹干，即得到所需的场效应晶体管。

该场效应晶体管检测羟基自由基的操作如下：

所制得的原卟啉修饰的石墨烯薄膜场效应器件，先络合固定镉离子等可与原卟啉配位的金属离子作为电流变化指示剂，通过加入不同浓度的羟基自由基，氧化断键降低石墨烯薄膜表面携带电荷的卟啉，从而改变石墨烯内部载流子浓度来实现羟基自由基的检测。

本发明中，所述导电石墨烯薄膜的制备方法包括化学气相沉积法、机械剥离法、电化学剥离法、氧化石墨烯还原法。

本发明中，绝缘衬底为二氧化硅、云母、绝缘玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）或聚二甲基硅氧烷（PDMS）等聚合物薄膜。

本发明中，所镀金膜的厚度为 0.5 - 8.0 nm，管式炉退火温度为100℃ – 350℃，时间为0.2 –5.0小时；优选管式炉退火温度为170 ℃ – 230℃，时间为0.5 –2.0小时。