[发明专利]一种PH传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种PH传感器及其制备方法，其中，所述PH传感器包括：衬底、敏感层、封装层及金属氧化物场效应管。衬底包括位于其中部的衬底中间区，及设置于衬底中间区两侧的衬底侧区；敏感区设置在衬底中间区的上表面上，敏感层包括敏感层中间区及位于敏感层中间区两侧的敏感层侧区；封装层，覆盖于衬底侧区的上表面和侧面，且覆盖于敏感层侧区的上表面和侧面；金属氧化物场效应管包括栅极，栅极的一侧与敏感层的一侧通过金属导线连接。

技术领域

本发明属于PH传感技术领域，尤其涉及一种PH传感器及其制备方法。

背景技术

酸碱度描述的是水溶液的酸碱性强弱程度，也是维持生物环境的健康平衡的重要观测指标，酸碱度的干扰和变化可能是生物系统中疾病和功能障碍的原因。PH传感器主要是通过检测被测物中氢离子浓度并转换成相应的可用输出信号的传感器。由于PH值在细胞内有着重要作用，对了解生物体内部生理和病理过程有着重要意义，所以应用于生物医学的PH传感器越来越受到各国学者的关注，近年来得到显著发展。

目前为止，通过原理不同可以大致将PH传感器分为PH探针、基于场效应管的PH传感器以及PH荧光传感器。但PH探针器件整体尺寸较大，不利于在细胞等微小环境中测量，易在移动时损伤细胞；PH荧光传感器的信号则需要专用复杂仪器处理才能使用，而基于场效应管的细胞则具有检测稳定，灵敏度高等优点，但目前的基于场效应管的PH传感器大多生物相容性差等问题，限制了其在细胞领域的发展。

发明内容

基于此，有必要提供一种新的PH传感器及其制备方法。

本发明可采用如下技术方案：

一种PH传感器，其包括：

衬底，所述衬底包括位于其中部的衬底中间区，及设置于所述衬底中间区两侧的衬底侧区，所述衬底中间区设有位于其上方的上表面，所述衬底侧区设有位于其上方的上表面和位于上表面两侧的侧面；

敏感层，设置在所述衬底中间区的上表面上，所述敏感层包括敏感层中间区及位于所述敏感层中间区两侧的敏感层侧区，所述敏感层侧区包括位于其上方的上表面及两侧的侧面；

封装层，覆盖于所述衬底侧区的上表面和侧面，且覆盖于所述敏感层侧区的上表面和侧面；

金属氧化物场效应管，所述金属氧化物场效应管包括栅极，所述栅极的一侧与所述敏感层的一侧通过金属导线连接。

进一步的，所述金属导线自外向内贯穿所述封装层，以与所述敏感层的一侧连接。

进一步的，所述敏感层的材料包括复合丝基碳纳米纤维。

进一步的，所述复合丝基碳纳米纤维包括丝基碳纳米纤维、以及分布在所述丝基碳纳米纤维表面的镍纳米颗粒；

进一步的，所述衬底包括石英基底。

进一步的，所述封装层的材料包括环氧树脂。

上述PH传感器，采用纳米结构的扩栅型场效应管进行传感，通过扩栅结构使得金属氧化物场效应管与敏感层分开，仅将敏感层浸入溶液中，而将金属氧化物场效应管与化学环境隔离开，增强了长期稳定性。

金属氧化物场效应管选用商用晶体管(HEF4007UBD)，敏感层采用纳米结构，使其尺寸微小，有利于与微纳米机器人在进行细胞级操作时提供细胞微环境的酸碱度传感。

敏感层采用丝基碳纳米纤维，生物相容性好，不对细胞产生毒性从而影响细胞的存活率；且灵敏度高，更适合在细胞等微环境的微小酸碱度变化进行反馈。

本发明还可采用如下技术方案：一种PH传感器的制备方法，其包括如下步骤：

提供复合丝基碳纳米纤维；

将所述复合丝基碳纳米材料转移到一衬底上，形成敏感层；