[发明专利]一种紫外/可见光响应的石墨烯/二氧化钛/Si基板及其制备方法

说明书

本发明公开了一种紫外/可见光响应的石墨烯/TiO₂/Si基板及其制备方法。该方法首先在重掺杂硅基板的抛光表面旋涂一层二氧化钛纳米点，再将单层石墨烯转移至TiO₂/Si基板的TiO₂表面使石墨烯与TiO₂纳米点和Si基板均接触。单层石墨烯/Si基板之间形成肖特基结，对可见光响应良好；二氧化钛纳米点对紫外响应良好，三者复合的石墨烯/TiO₂/Si基板对可见光和紫外光都能有很好的响应。易于制备的石墨烯/TiO₂/Si三明治结构基板不仅能实现对紫外/可见光响应，更有望用于动态光致调控细胞行为。

技术领域

本发明涉及生物医学领域中光响应材料的制备问题，特别涉及一种能够实现紫外光和可见光均响应材料的制备，能够通过外加光场刺激来调控细胞行为。

背景技术

材料与细胞之间的相互作用决定着细胞的行为，基板材料的表面性质影响着蛋白的粘附状态，从而直接或者间接的决定着细胞的粘附、增值和分化。近年来，通过外场(热、光、磁、电、力等)调控材料表面的性质，从而调控细胞行为成为研究的热点[UtoK.Dynamically Tunable Cell Culture Platforms for Tissue Engineering andMechanobiology.Progress in polymer science.65(2017):53-82]。其中，光场调控因为其时空效应和易于操作等特性有着巨大的应用潜力，而光场调控最重要的是寻找光响应良好的材料[Wang X Z.Visible-Light-Responsive Surfaces for Efficient,NoninvasiveCell Sheet Harvesting.ACS applied materialsinterfaces.9(2017):28250-28259]。

石墨烯等二维材料因其独特材料特性(高载流子迁移率、超弹性机械性能、高透光率、超导电率、全波长响应等)，获得巨大关注[Geim,A.K.Graphene:Status andProspects.Science.324(2009):1530-1534]。当石墨烯与半导体材料结合，在结合处能够产生肖特基结。例如，把单层石墨烯转移至n-Si表面，在可见光刺激下，空穴-电子对发生分离，空穴(正电荷)在石墨烯表面富集[Kumar R.Nanoscale interface formation andcharge transfer in graphene/silicon Schottky junctions；KPFM and CAFMstudies.Carbon.98(2016):41-49]。同理，当把单层石墨烯转移至Si表面，在可见光刺激下，空穴-电子对发生分离，电子(负电荷)在石墨烯表面富集。通过调控光场强度可以有效的控制石墨烯表面的电荷分布。TiO₂作为宽禁带半导体材料(禁带宽度为3.2eV)，对紫外光有良好的响应性，并且TiO₂纳米点的生物相容性良好。但是，二氧化钛仅对窄波长的紫外光响应(紫外光约占太阳光的3％～5％)，有研究表明，通过石墨烯包裹TiO₂纳米点的方式，可以将TiO₂的禁带宽度降低至2.8eV,从而使其可以对可见光响应[Lee J S.et al.Highlyphotoactive,low bandgap TiO₂nanoparticles wrapped by graphene.Advancedmaterials.24(2012):1084-1088]。因此，将石墨烯、二氧化钛和重度掺杂的Si三者结合，有望制备出紫外光和可见光具有良好响应的基板，在模拟太阳光刺激细胞生长的实验中，可以充分利用全波长的太阳光。

发明内容