[发明专利]一种超高灵敏度多巴胺生物传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超高灵敏度多巴胺生物传感器及其制备方法，属于生物传感器领域，实现了对多巴胺的快速电化学响应，具有低至0.4pM的检测限，优异选择性，且工艺简单、成本低廉，适合临床诊断和生理功能检测，特别是活体多巴胺静态基础值的测定。本发明的多巴胺生物传感器包括从上至下依次为HfO₂超薄膜、导电硅衬底、Al电极；采用与半导体工艺兼容的热ALD或等离子体增强ALD在导电硅基底上低温沉积HfO₂超薄膜；再在硅衬底背面蒸镀金属铝以形成良好的电学接触，即获得了多巴胺生物传感器。

技术领域

本发明属于生物传感器领域，尤其涉及一种超高灵敏度多巴胺生物传感器及其制备方法。

背景技术

多巴胺(3、4-二羟苯乙胺)是人体中一种重要的神经传递物质，在中枢神经系统、内分泌系统中，对大脑的记忆、情绪活动和压力、人体的运动等方面发挥着关键的作用。多巴胺水平异常，与帕金森病、阿尔茨海默病、抑郁症、精神分裂症、肾衰竭和心力衰竭等多种神经系统疾病密切相关。且多巴胺作为拟肾上腺素药，还广泛用于治疗神经紊乱、先天性心血性及高血压甚至抑郁症等疾病。因此，发展多巴胺含量测定方法，无论是在临床应用方面还是在生理功能研究都具有重要的实际意义。

目前多巴胺神经递质的分析方法多种多样，如电化学分析法、分光光度法、液相色谱法、荧光光谱法和滴定法等，与其它检测方法相比，电化学分析法具有稳定性好、灵敏度高、选择性高、使用便捷、成本低等优点，还可进行在线的实时检测，是一种极具竞争力和吸引力的测试方法。多巴胺电化学传感器虽然具有一定的优点，但仍面临着检测极限(LoD)的挑战，当多巴胺浓度降至超低～1pM，绝大多数电化学传感器都不能满足检测要求。而且不少电化学传感器为了改善稳定性和灵敏度，需要在电极制备中引入粘结剂(binder)，会降低传感器的选择性。因此，通过引入新材料、新结构和新工艺，开发新型超灵敏高选择的多巴胺电化学传感器具有重要意义。

原子层沉积(Atomic layer deposition，ALD)方法是一种正在蓬勃发展中的新型材料制备技术。自从2001年国际半导体工业协会(ITRS)将ALD与金属有机化学气相沉积(MOCVD)、等离子体增强CVD并列作为与微电子工艺兼容的候选技术以来，ALD技术发展势头强劲。原子层沉积是通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应器并在沉积基体表面上发生化学吸附反应形成薄膜的一种方法，其独特的自限制性与自饱和性反应机理，保证了沉积薄膜的大面积均匀性、优异的三维共形性和膜厚的精确可控性(埃尺度)，尤其在材料的表面改性和界面修饰方面表现出突出的优势。近些年来，原子层沉积在微电子、光电子、纳米技术、新能源、催化、生物医学等领域展现出广阔的应用前景。然而将ALD应用于生物传感器领域工作，相对较少，特别是应用于超高灵敏度多巴胺生物传感器的制备，还极其匮乏。

发明内容

本发明提供了一种超高灵敏度多巴胺生物传感器及其制备方法，通过在商业导电硅衬底上ALD沉积超薄的HfO₂薄膜作为敏感层，实现了对多巴胺的快速电化学响应，具有低至0.4pM的检测限，优异选择性，且工艺简单、成本低廉，适合临床诊断和生理功能检测，特别是活体多巴胺静态基础值的测定。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种超高灵敏度多巴胺生物传感器，包括：导电衬底、敏感层，敏感层位于导电衬底的上层。

以上所述结构中，所述传感器还包括金属铝层；所述金属铝层位于导电衬底下层，所述导电衬底为导电硅衬底，所述敏感层为HfO₂超薄膜，所述HfO₂超薄膜厚度为15-40纳米。

一种超高灵敏度多巴胺生物传感器的制备方法，包括以下步骤：

在导电硅衬底上，采用与半导体工艺兼容的热ALD或等离子体增强ALD (plasma-enhanced ALD,PEALD)低温沉积HfO₂超薄膜；再在硅衬底背面蒸镀金属铝，即获得了多巴胺生物传感器。