[发明专利]一种传感器及其制备方法与应用

说明书

本申请公开了一种传感器及其制备方法与应用，所述传感器包括绝缘衬底、氧化铪层、电极阵列及碳纳米管层，所述绝缘衬底、二氧化铪层、电极阵列依次叠加固定，所述电极阵列包括漏极和源极，所述碳纳米管层包括聚合物修饰的碳纳米管，所述聚合物的重复单元中含有吡啶基，所述碳纳米管层连接所述漏极和源极。通过增加一层二氧化铪使基于改性碳纳米管的场效应晶体管传感器的灵敏度提高了100倍以上，对铜离子的检测极限(LOD)低至200pmol L^‑1。

技术领域

本申请涉及一种传感器及其制备方法与应用，属于检测技术领域。

背景技术

基于碳纳米管的场效应晶体管(碳纳米管场效应晶体管)是一类性能良好的传感器，在电化学检测领域有着广泛的应用。碳纳米管场效应晶体管通常包括衬底、电极和碳纳米管层，所述电极阵列包括漏极和源极，所述电极阵列固定在所述衬底上，所述碳纳米管层连接所述漏极和源极，当待测粒子聚集在所述碳纳米管层时，所述源极和漏极导通，通过测量源漏电流变化量即可确定待测粒子浓度。

碳纳米管场效应晶体管的选择性和低灵敏度都较低，限制了其应用。为了提高碳纳米管场效应晶体管的选择性，通常采用带有特殊基团的聚合物对碳纳米管进行修饰，但仍然无法解决碳纳米管场效应晶体管灵敏度低的问题。

发明内容

根据本申请的第一个方面，提供了一种传感器，通过增加一层二氧化铪使基于改性碳纳米管的场效应晶体管传感器的灵敏度提高了100倍以上，对铜离子的检测极限(LOD)低至200pmol L^-1。

所述传感器包括绝缘衬底、二氧化铪层、电极阵列及碳纳米管层，所述绝缘衬底、二氧化铪层、电极阵列依次叠加固定，所述电极阵列包括漏极和源极，所述碳纳米管层包括聚合物修饰的碳纳米管，所述聚合物的重复单元中含有吡啶基，所述碳纳米管层连接所述漏极和源极。

本申请中，所述吡啶基是指吡啶失去一个或多个氢原子形成的基团。

可选地，所述二氧化铪层的厚度为3～15nm；

可选地，所述电极阵列为叉指电极；

优选地，所述叉指电极的厚度为20～150nm；

优选地，所述叉指电极的叉指宽度为2～10μm；

优选地，所述叉指电极的指间距为2～10μm；

优选地，所述叉指电极的电极对数量为25～50，其中，所述电极对包括一所述漏极和一所述源极。

进一步地，所述碳纳米管层还包括成膜物；

所述成膜物选自壳聚糖、奶粉、全氟磺酸离子交换膜(nafion膜)中的至少一种；

优选地，所述成膜物与所述聚合物修饰的碳纳米管的质量比为1：5～20。

在一具体实施例中，所述聚合物为聚(4-乙烯基吡啶)，能够与碳纳米管非共价结合并选择性地与铜离子结合；在其他实施例中可以根据使用需要选择其他重复单元中含有吡啶基的聚合物作为修饰剂。

可选地，所述碳纳米管可以为多壁碳纳米管、单壁碳纳米管，优选单壁碳纳米管；

可选地，所述电极阵列为金材质的电极阵列；

可选地，所述绝缘衬底为Si/SiO₂衬底；

优选地，所述聚(4-乙烯基吡啶)的分子量为160000～200000。

优选地，在检测铜离子时，所述传感器的灵敏度为12.49nAμmol^-1，所述传感器检出限为200pmolL^-1。

本申请的第二方面，提供了一种上述任一项所述的传感器的制备方法，至少包括以下步骤：