一种炎症因子牙齿贴片传感器及其制备方法与应用

本发明涉及化学检测，具体涉及一种炎症因子牙齿贴片传感器及其制备方法与应用。

背景技术：

1、本节中的陈述仅提供与本申请公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

2、随着口腔种植技术的不断成熟和推广，越来越多的牙缺失患者选择种植义齿修复牙缺失。然而，尽管经过数十年的研究优化与临床应用，形成良好的种植体-组织界面仍是临床上面临的巨大挑战。目前临床操作中，种植体周围组织炎症诊断主要依靠探诊深度以及影像学技术，探诊深度加深往往是种植体周围炎症导致骨吸收最早出现的临床表征。但是此类临床检查具有一定的滞后性，且可能对软组织与种植体界面产生损伤，因而，使用何种非侵袭性的探查方法来帮助种植体周围炎症早期诊断及进展评估是亟待解决的重要问题。

3、龈沟液来源于龈沟或者牙周袋，是从体液渗出的液体，其含量和成分的变化与牙周组织状况关系密切；并且龈沟液包含众多分子生物信息，有来自于牙周局部组织的宿主源酶、参与牙周破坏的其他因子及细胞和组织降解产物，通过检测龈沟液的成分，可为牙周组织及种植体的健康情况评估提供重要的量化指标。相关研究表明，种植体周围炎症患者龈沟液内il-1β水平异常可用于早期辅助诊断种植体周炎，并评估炎症情况。然而，目前临床上龈沟液检测常用技术如elisa、wb，每次只能对一种或几种成分进行检测，效率低且需样本量大，对于含量较少的龈沟液的检测显示出了弊端；光谱和放射免疫等，由于其技术的复杂性或者检测对象的局限性等因素，使用也较少。

4、目前，亟需一种用于种植体周围组织炎症早期诊断的简单、低成本，高敏感性和选择性的传感器。有机电化学晶体管作为一种新型生物传感技术具有更高的灵敏度和更低的检测极限，有望在生物传感领域得到广泛的应用。

5、有机电化学晶体管是一种新兴的生物传感技术，具备检测生物分子并发出检测信号的能力，但目前已有的有机电化学晶体管主要为平行结构，信噪比和选择性受限，并且原位放大性能不强，使用过程仍然受限；并且未见将其应用于口腔龈沟液的检测中，检测效果未知。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对目前的生物传感器检测效果受限的问题，提供了一种炎症因子牙齿贴片传感器及其制备方法与应用，采用垂直结构进行器件制备，将源电极和漏电极垂直设计，电极之间旋涂半导体层，可以更好的进行半导体的图案化，具有更好的原位放大性能，同时具有更高的信噪比及选择性，拥有更低的检测限度。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种炎症因子牙齿贴片传感器，包括源电极、漏电极和栅极，所述源电极、漏电极和栅极垂直分布，所述源电极、漏电极之间设置半导体层。

4、垂直设置的方式有利于半导体层的图案化，进而提升传感器的各项性能。

5、根据一种优选的实施方式，所述栅极表面修饰有分子识别元件，所述分子识别元件是修饰后的il-1β的抗体探针。

6、根据一种优选的实施方式，所述抗体探针通过金硫醇自组装单层修饰于所述栅电极上，且与炎症因子特异性结合。

7、本发明另一方面还提供一种炎症因子牙齿贴片传感器的制备方法，包括如下步骤：

8、步骤s1：将预先切割至适宜尺寸的柔性pi基底置于异丙醇溶液中清洗，并在超声机中超声20min，去除硅片表面的有机沾污，清洗完成后，氮气枪吹干，并在紫外臭氧清洗机中清洁15min，清除黏附于电极表面上的有机污染物；

9、步骤s2：将预先制备好的金属电极掩膜版放置在步骤s1制备的洁净硅片上，然后将硅片倒扣在真空镀膜机的基板上，通过热蒸镀法，蒸镀并制得源电极；

10、步骤s3：配置聚合物复合半导体材料溶液，于绝缘衬底之上进行旋涂，得到有机半导体涂层；

11、步骤s4：曝光在沟道处的半导体涂层使其交联，以在沟道区域形成半导体图案；

12、步骤s5：将器件倒扣在真空镀膜机的基板上，通过热蒸镀法，蒸镀并制得漏电极；

13、步骤s6：将预先制备好的金属电极掩膜版放置在洁净硅片上，然后将硅片倒扣在真空镀膜机的基板上，通过热蒸镀法，蒸镀并制得栅极；

14、步骤s7：栅极修饰：将栅极在化学自组装溶液巯基乙酸溶液中浸没12h，以获得栅极；然后将栅极用纯水清洁并用n2气流干燥；

15、将栅极在碳二亚胺和n-羟基琥珀酰亚胺混合溶液中于25℃下浸泡1-2h，以激活羧基；将电极在抗体溶液中于22±2℃下浸泡2h左右；将栅极于牛胎血清中浸泡1h左右；将栅极在不同浓度的il-1β蛋白溶液中浸泡2h左右，栅极修饰完成；

16、步骤s8：进行蛋白浓度测试。

17、根据一种优选的实施方式，所述源电极材料为铬和金，依次蒸镀3nm铬和150nm金。

18、根据一种优选的实施方式，所述绝缘衬底材料包括：玻璃、二氧化硅修饰后的硅片、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺等。

19、根据一种优选的实施方式，所述漏电极材料为金，沉积厚度为120nm；至此器件制作完成。

20、步骤s7中，不同浓度的il-1β蛋白溶液分别为：100mg/l、10-2mg/l、10-4mg/l、10-6mg/l、10-8mg/l。

21、本发明另一方面还提供一种炎症因子牙齿贴片传感器在种植体周炎检测中的应用。

22、根据一种优选的实施方式，本申请的一种炎症因子牙齿贴片传感器在种植体周炎检测中的应用方式为：

23、将传感器固定于牙齿上进行检测，固定于牙齿上的方法具体包括如下步骤：

24、(1)将酸蚀剂涂抹于粘接牙冠上(连续轻涂30s)，然后使用压缩空气喷嘴清理，并使用高速排空装置抽吸干净；

25、(2)用干燥清洁的空气干燥酸蚀后的牙冠，保持牙面干燥；

26、(3)将少量预处理剂均匀涂布于准备好的牙冠表面；

27、(4)将少量粘接剂涂布到生物传感器底部，置于牙齿表面；

28、(5)使用光固化灯照射适宜时间，将生物传感器固化于愈合帽上。

29、与现有的技术相比本发明的有益效果是：

30、1、一种炎症因子牙齿贴片传感器，通过对电化学传感器的电极位置的改进，将水平结构调整为垂直分布的方式，并在不同的电极之间填充半导体材料，有利于半导体图案化，进而具有更好的原位信号放大性能，并且还具有更好的信噪比和选择性，检测限也进一步降低；

31、2、一种炎症因子牙齿贴片传感器的制备方法，通过优化制备步骤和工艺，制备出垂直结构的传感器贴片，更好的发挥传感器性能；并且通过金硫醇自组装单层修饰抗体探针于所述栅电极上，探针与炎症因子特异性结合进而能够对炎症进行检测，特异性强，检测准确度高；

32、3、一种炎症因子牙齿贴片传感器在种植体周炎检测中应用，通过该贴片传感器能够在无损伤的情况下通过检测炎症因子的存在超前对种植体周围组织健康状况进行准确检测。

技术特征：

1.一种炎症因子牙齿贴片传感器，其特征在于，包括源电极、漏电极和栅极，所述源电极、漏电极和栅极垂直分布，所述源电极、漏电极之间设置半导体层。

2.根据权利要求1所述的一种炎症因子牙齿贴片传感器，其特征在于，所述栅极表面修饰有分子识别元件，所述分子识别元件是修饰后的il-1β的抗体探针。

3.根据权利要求2所述的一种炎症因子牙齿贴片传感器，其特征在于，所述抗体探针通过金硫醇自组装单层修饰于所述栅极上，且与炎症因子特异性结合。

4.如权利要求1所述的一种炎症因子牙齿贴片传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种炎症因子牙齿贴片传感器的制备方法，其特征在于，步骤s2中，源电极材料为铬和金，依次蒸镀3nm铬和150nm金。

6.根据权利要求4所述的一种炎症因子牙齿贴片传感器及其制备方法，其特征在于，步骤s4中，绝缘衬底材料包括：玻璃、二氧化硅修饰后的硅片、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺。

7.根据权利要求4所述的一种炎症因子牙齿贴片传感器及其制备方法，其特征在于，所述漏电极材料为金，沉积厚度为120nm。

8.根据权利要求4所述的一种炎症因子牙齿贴片传感器及其制备方法，其特征在于，步骤s7中，不同浓度的il-1β蛋白溶液分别为：100mg/l、10-2mg/l、10-4mg/l、10-6mg/l、10-8mg/l。

9.一种炎症因子牙齿贴片传感器在种植体周炎检测中的应用。

10.根据权利要求9所述的一种炎症因子牙齿贴片传感器在种植体周炎检测中的应用，其特征在于，所述应用为：

技术总结
发明公开了一种炎症因子牙齿贴片传感器及其制备方法与应用，包括衬底、源极、漏极以及栅极；所述衬底上设置有栅极、源极、漏极；所述栅极表面修饰有分子识别元件，所述分子识别元件是修饰后的抗体探针；所述抗体探针通过金硫醇自组装单层修饰于所述栅电极上，且与炎症因子特异性结合；栅电极上的有效电势随着结合的目标生物分子的变化而变化，并被源漏电流进一步放大，以实现更低的炎症因子浓度检测限。本发明提供的炎症因子牙齿贴片传感器具有更高的灵敏度、选择性，更广的检测范围，具有系统简易、低功耗、微型化及智能化的特点，应用范围广，具有良好的发展前景。

技术研发人员：向琳,刘佳怡,唐渝菲,麦若曈
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25