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有机电化学晶体管在酶生物传感器中的应用研究

日期:2017/7/28作者:www.51lunwen.com编辑:wangju点击次数:35
销售价格:150元论文编号:lw201707281500133549论文字数:40397 
论文属性:硕士毕业论文论文地区:中国论文语种:中文 

第 1 章 绪论


1.1 基于有机电化学晶体管的酶生物传感器研究现状

酶生物传感器是一类非常重要的生物传感器。1962 年,Clark 等人[1]提出了酶生物传感器的原理,将电极与具有特异性的酶联合实现检测特定物质。在随后的几十年里,酶生物传感器引起了学术界的广泛关注并得到了迅速发展。酶生物传感器是以酶作为敏感生物元件,通过各种物理或化学信号转换系统,记录目标物与敏感元件之间反应所产生的可测信号,这种可测信号与目标物浓度具有比例关系,从而达到对分析物进行定量检测的目的。与其他类型的生物传感器相比,酶生物传感器是将酶直接结合在金属或半导体电极的表面,使其固化成膜,形成识别元件、接收元件与换能元件于一体的结构,并具有体积小、灵敏度高、选择性好等诸多优点。

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1.2 酶生物传感器电极纳米材料修饰

为了提高酶生物传感器的检测性能,比较常见的方法是利用纳米材料对电极进行修饰,这也是提高基于 OECT的酶生物传感器检测性能的一个重要途径。纳米材料作为 20 世纪最为重要的科学发现之一,极大地推动了科技的进步和社会的发展,也改善了人们的生活。纳米材料具有许多特殊的性能,具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应及介电限域效应等五大效应。由于这些特点,纳米材料呈现出许多奇异的物理﹑化学性能,在很多领域都得到了重要的应用和快速的发展。利用纳米材料的小尺寸效应和高比表面积等特性,在栅电极上修饰后对OECT 的电化学性能有着显著提高,尤其是基于 OECT 的酶生物传感器的检测性能得到很大提高。

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第 2 章 OECT的器件制备与表征


2.1 引言

基于 OECT 的生物化学传感器因其具有高的灵敏度、容易制备、成本低、工作电压低(<1 V)、可制备成柔性器件及在水性环境下能稳定工作等优点,在近几年来受到了广泛的关注[74-76]。OECT 的结构简单,主要由三个电极(包括源极、漏极、栅极)、有机半导体活性层、衬底、电解质等部分组成。有机活性层覆盖于源极和漏极之上,当施加一个栅电压后,电解液中的离子会掺杂到有机活性层中,使得有机活性层中的载流子浓度发生改变,从而引起沟道电流发生变化。所以 OECT 器件的沟道电流会受到栅电压的调控作用。OECT 一个显著的优势是能够在水性环境下稳定工作,且工作电压一般小于 1 V,因此在生物化学传感器领域中得到重要应用[77, 78]。本章主要是对 OECT 器件的制备及其表征进行相关研究,OECT 器件制备的主要过程为热蒸发沉积电极、旋涂有机半导体层、氮气氛围退火。表征主要分为表面形貌表征以及电化学性能表征,通过 AFM 对其表面平整度进行表征,通过测试 OECT器件的输出特性曲线和转移特性曲线等表征其电学性能。

...............


2.2 实验部分

(1)试剂聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS),购于 Sigma-Aldrich 公司;磷酸盐缓冲液 (PBS),购于赛默飞世尔科技公司;二甲基亚砜(DMSO)。(2)仪器手套箱高真空热蒸镀仪(NEXDEP,加拿大 AE 公司 );氧等离子体清洗设备(Harrick Plasma PDC-32G-2);旋涂仪(KW-4A,中国科学院微电子研究所);原子力显微镜(AFM,Bruker 公司)等;半导体参数测试仪(Keithley 4200)。在 PEDOT:PSS 溶液中添加 5%的二甲基亚砜(DMSO),并搅拌均匀以增加其导电性。将配制好的 PEDOT:PSS 溶液在旋涂仪上进行 500 rpm/6 s、3500 rpm/40 s 的旋涂处理,在器件表面形成一层 PEDOT:PSS 薄膜。将不需要覆盖 PEDOT:PSS 薄膜的部分去除,只留下覆盖沟道的部分。最后在氮气氛围中 180  C 退火 1小时,使 PEDOT:PSS膜更加牢固的附着在电极表面,从而制备得到 OECT 器件。

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第 3 章 基于 OECT的肌氨酸传感器...................20

3.1 引言............... 20

3.2 实验部分............... 20

第 4 章 基于 OECT的无创唾液血糖试纸及血糖仪................46

4.1 引言...............46

4.2 实验部分...............46


第 4 章 基于 OECT的无创唾液血糖试纸及血糖仪


4.1 引言

随着生活水平的日益提高,糖尿病已经成为严重影响人类身体健康的一大威胁,上升为世界性的第三大疾病[64]。在中国,随着人口老龄化以及肥胖发生率的增加,糖尿病的患病率呈逐年上升趋势,因此对糖尿病的预防及治疗具有重要意义。糖尿病预防及治疗的一个重要途径是检测并控制血糖浓度,为了有效监控糖尿病患者的血糖浓度,家庭便携式血糖仪得到了普及,为患者监测血糖提供了便利的途径。目前市场上常用的血糖仪需要采集血液,不仅给患者造成一定的创伤,还会有病毒通过血液交叉感染等危险。因此,开发新型无创血糖检测技术具有非常重要的社会和经济价值,是未来血糖检测的发展趋势。

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4.2 实验部分

磷酸盐缓冲液 (PBS)购于赛默飞世尔科技公司;葡萄糖(Glucose,C6H12O6,AR)购于上海凌峰化学试剂有限公司;葡萄糖氧化酶(GOx,Glucose Oxidase,10 KU)购于 Sigma-Aldrich公司。真空磁控溅射设备;手套箱高真空热蒸镀仪(NEXDEP,加拿大 AE 公司);氧等离子体清洗设备(Harrick Plasma PDC-32G-2);旋涂仪(KW-4A,中国科学院微电子研究所);半导体参数测试仪(Keithley 4200,Keithley公司)等。以基于 OECT 的葡萄糖传感器为原理设计并制备无创唾液血糖试纸。为了优化试纸


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