[发明专利]一种基于石墨烯晶体管的DNA传感器及其制备方法和在DNA检测中的应用

说明书

本发明提供的基于石墨烯晶体管的DNA传感器，包括电子级玻璃和设置于所述电子级玻璃上的栅极、源极和漏极；所述源极和漏极之间设置有石墨烯沟道；所述栅极表面固定有单链DNA。本发明提供的基于石墨烯晶体管的DNA传感器中单链DNA直接固定在栅极表面，无需在石墨烯上固定DNA；其三电极结构和石墨烯沟道，使其对电压的变化感应非常强，很小的电压变化就会引起相应的电流变化；利用输入栅极的电压来控制石墨烯沟道电流，降低了操作电压；同时应用石墨烯为沟道材料，增大传感器的灵敏度。实验结果表明，本发明提供的基于石墨烯晶体管的DNA传感器探测器操作电压低于1V，检测灵敏度达到4pM。

技术领域

本发明涉及生物传感器技术领域，特别涉及一种基于石墨烯晶体管的DNA传感器及其制备方法和在DNA检测中的应用。

背景技术

生物传感器是一种对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器，是由固定化的生物敏感材料作识别元件、适当的理化换能器及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。随着分子生物学研究的深入，对脱氧核糖核苷酸的检测手段变得越来越重要。传统的凝胶电泳法需要经过放射性标记、聚合酶链式反应、电泳等一系列操作过程，消耗时间长，劳动强度大。在这种情况下，以碱基配对为基础的DNA传感器应运而生。用DNA传感器不仅省去了放射性标记的危险性，而且免除了电泳操作带来的时间和人力的大力消耗，因此近些年来受到了全世界科技工作的广泛重视。目前广泛应用于DNA检测的传感器根据不同的检测信号产生原理，具体分为石英晶体传感器、电化学传感器、光纤传感器、光波导传感器、表面等离子传感器等。

近年来，高灵敏度和高选择性的石墨烯场效应晶体管生物传感器已被用于DNA的检测。但是现有技术中的石墨烯场效应晶体管生物传感器均采用两电极结构，在用于DNA检测时，需要将金纳米粒子固定在石墨烯上，然后连接DNA，操作困难；并且，低压下的灵敏度低，为了提高灵敏度，需要提高两电极之间的电流，安全性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于石墨烯晶体管的DNA传感器及其制备方法和在DNA检测中的应用。本发明提供的基于石墨烯晶体管的DNA传感器无需金纳米粒子固定DNA，使用方便，并且在较低的使用电压下具有较高的灵敏度，安全性好。

本发明提供了一种基于石墨烯晶体管的DNA传感器，包括电子级玻璃和设置于所述电子级玻璃上的栅极、源极和漏极；所述源极和漏极之间设置有石墨烯沟道；所述栅极表面固定有单链DNA。

优选的，所述石墨烯沟道的宽度为0.2～0.3mm，石墨烯沟道的长度为4～8mm。

优选的，所述石墨烯沟道为单层石墨烯。

优选的，所述栅极、源极和漏极独立地包括铬层和金层，所述铬层位于电子级玻璃和金层之间。

优选的，所述铬层的厚度为6～10nm，所述金层的厚度为70～90nm。

优选的，所述单链DNA经巯基修饰固定于栅极表面。

本发明还提供了上述技术方案所述基于石墨烯晶体管的DNA传感器的制备方法，包括以下步骤：

(1)在电子级玻璃表面制备栅极、源极和漏极，使所述源极和漏极之间存在沟道；

(2)将石墨烯平铺在源极和漏极之间的沟道上，得到石墨烯晶体管；

(3)在所述步骤(2)得到的石墨烯晶体管的栅极表面固定单链DNA，得到基于石墨烯晶体管的DNA传感器。

优选的，所述步骤(1)中栅极、源极和漏极的制备包括：采用热蒸发镀膜法在电子级玻璃表面依次蒸镀铬层和金层。

优选的，所述步骤(2)中石墨烯的平铺包括：采用湿法转移将金属基底单层石墨烯转移至源极和漏极之间的沟道上。