一种基于碳纳米管场效应晶体管传感器结合DNA序列高灵敏性检测汞离子的方法与流程

本发明涉及重金属的检测方法，更具体的是涉及一种基于碳纳米管场效应晶体管传感器结合dna序列高灵敏性检测汞离子的方法。

背景技术：

1、场效应晶体管(field-effect transistor，fet)是一种利用电场效应来控制输出电流大小的有源半导体器件。它由三个电极(源极、漏极和栅极)、薄绝缘层和半导体沟道组成。其中，识别元件和换能器是fet传感器的基本组成部分。

2、在fet传感器中，半导体沟道层起着转导信号的关键作用，将识别元件与目标物之间的信号转换为电信号。常见的沟道层材料包括石墨烯、碳纳米管(cnts)、硅纳米线等。由于其出色性能，如无标记检测、高灵敏性、快速响应和实时检测等优点，fet广泛应用于重金属离子检测领域。

3、碳纳米管(cnts)是一种具有优异结构柔韧性和流动性的纳米材料。它可以看作是由石墨烯曲卷而成的一维管状结构，并且具有大表面积、高导电性、良好生物相容性以及促进电子转移等特点。功能化后的cnts具有良好的溶解性和分散性，可以与各种生物分子官能化。

4、在fet传感器中，碳纳米管作为半导体沟道层材料具有独特的优势。单壁碳纳米管(swnts)表现出非常高的载流子迁移率、导热性和机械性能。由于其原子厚度较薄且具有良好静电控制能力，swntfet提供较低的表面状态密度和更好的可扩展性。

5、然而，在swntfet传感检测中，由于传感器输出信号微弱，并且适体与碳纳米管非特异结合以及环境噪声等因素会影响检测灵敏性和准确性。

技术实现思路

1、为进一步提高汞离子检测的灵敏性，本发明提供了一种基于碳纳米管场效应晶体管传感器结合dna序列高灵敏性检测汞离子的方法，具体方案如下：

2、一种基于碳纳米管场效应晶体管传感器结合dna序列高灵敏性检测汞离子的方法，包括以下步骤：

3、s1：采用cvd法在硅片表面制备出所需的swnts，在硅片表面热蒸镀金电极制备swntfet传感器；

4、s2：用dna和ga对swnts表面功能化，用于固定dna序列；

5、s3：在dna序列多胸腺嘧啶的中间设计4个碱基桥接连段，且在其中一端修饰氨基基团，便于固定在功能化碳纳米管的表面；

6、s4：向swntfet传感器中加入hg2+，一定浓度的dna，保持一定的反应时间，控制ph，含有多胸腺嘧啶的dna探针捕捉到hg2+后，swntfet传感器将dna与hg2+的相互作用转换为电信号，结合锁相放大器检测电流的变化情况。

7、进一步的，s1还包括以下子步骤：

8、s101、准备硅片：将含有绝缘层的硅片放入含有浓硫酸和过氧化氢的培养皿中，在100℃下浸泡2h后倒掉培养皿中的液体，用纯水反复洗涤三次，每次10min，再用n2吹干，放入真空干燥器中备用；

9、s102、制备催化剂：将0.1mol/l fecl3溶液逐滴加入到沸水中，体积比为1:36，总体积为180ml，保持微沸状态2h，冷却至室温后，用乙醇稀释，得到终浓度为0.5mmol/l fe(oh)3/etoh的催化剂；

10、s103、在上述制备的硅片上，用pdms胶沾取少量的催化剂，少量轻缓的涂抹在硅片表面，将涂抹催化剂的硅片放入石英舟，送入管式炉的炉腔中间，涂抹催化剂的方向与气流通过方向垂直。

11、进一步的，s2还包括子步骤：

12、s201：缩合剂1,5二氨基萘通过芘基和碳纳米管sp2平面之间π-π相互作用，堆积在碳纳米管的侧平面；

13、s202:在室温下使用dan在甲醇中处理cnt 3h，用10mm的pbs冲洗，氮气吹干；

14、s203：加入40μl 2％的ga反应3h，通过schiff反应连接在dan上，pbs冲洗后除去多余的ga，氮气吹干；

15、s204：加入40μl dna反应6h，适配体的氨基与ga的醛基基于schiff反应连接，从而将dna固定在碳纳米管的表面。

16、进一步的，s103还包括步骤：首先让炉腔内保持真空状态，三次抽真空后，打开与外界相通的循环阀，通过三通道质子流量控制器以212ml/min通入保护气体ar同时升温至950℃，升温速率为10℃/min；以297ml/min的流速通入h2，十分钟后打开乙醇阀，氩气为载气，流速为30ml/min，反应25min之后关闭乙醇阀，1～2min后关闭氢气阀，开始降温，当温度降至600～700℃左右便可关闭氩气阀，降至常温后，取出样品。

17、进一步的，s3中碱基种类为鸟嘌呤。

18、进一步的，s4中dna浓度为100nm。

19、进一步的，s4中反应时间为25～35min。

20、进一步的，其特征在于，s4中ph为7。

21、进一步的，s1中在硅片表面热蒸镀金电极先蒸镀一层金属cr缓冲层提高au与硅片之间的粘附力，再蒸镀au薄膜。

22、有益效果：

23、本发明提供了一种基于碳纳米管场效应晶体管传感器结合dna序列高灵敏性检测汞离子的方法，采用无标记实时检测结合锁相放大器高信噪比，用于检测“t-hg-t”发夹结构中合适碱基数量的桥接链段，对hg2+检测的影响，以及结合含有多个ps位点的dna序列检测hg2+。采用cvd方法在硅片表面制备出所需要的swnts，swnts在场效应晶体管中作为有缘沟道层材料表现出超高的载流子迁移率和导电性。紧接着，在硅片表面热蒸镀金电极，然后用dan和ga对swnts表面功能化，用于固定dna序列。通过对swntfet传感器的条件优化包括dna的浓度选择、反应时间和ph，确定插入四个碱基对以对发夹结构进行设计等一系列参数进行优化以提高对hg2+的检测效果。

技术特征：

1.一种基于碳纳米管场效应晶体管传感器结合dna序列高灵敏性检测汞离子的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于碳纳米管场效应晶体管传感器结合dna序列高灵敏性检测汞离子的方法，其特征在于，s1还包括以下子步骤：

3.根据权利要求1所述的一种基于碳纳米管场效应晶体管传感器结合dna序列高灵敏性检测汞离子的方法，其特征在于，s2还包括子步骤：

4.根据权利要求2所述的一种基于碳纳米管场效应晶体管传感器结合dna序列高灵敏性检测汞离子的方法，其特征在于，s103还包括步骤：首先让炉腔内保持真空状态，三次抽真空后，打开与外界相通的循环阀，通过三通道质子流量控制器以212ml/min通入保护气体ar同时升温至950℃，升温速率为10℃/min；以297ml/min的流速通入h2，十分钟后打开乙醇阀，氩气为载气，流速为30ml/min，反应25min之后关闭乙醇阀，1～2min后关闭氢气阀，开始降温，当温度降至600～700℃左右便可关闭氩气阀，降至常温后，取出样品。

5.根据权利要求1所述的一种基于碳纳米管场效应晶体管传感器结合dna序列高灵敏性检测汞离子的方法，其特征在于，s3中碱基种类为鸟嘌呤。

6.根据权利要求1所述的一种基于碳纳米管场效应晶体管传感器结合dna序列高灵敏性检测汞离子的方法，其特征在于，s4中dna浓度为100nm。

7.根据权利要求1所述的一种基于碳纳米管场效应晶体管传感器结合dna序列高灵敏性检测汞离子的方法，其特征在于，s4中反应时间为25～35min。

8.根据权利要求1所述的一种基于碳纳米管场效应晶体管传感器结合dna序列高灵敏性检测汞离子的方法，其特征在于，s4中ph为7。

9.根据权利要求1所述的一种基于碳纳米管场效应晶体管传感器结合dna序列高灵敏性检测汞离子的方法，其特征在于，s1中在硅片表面热蒸镀金电极先蒸镀一层金属cr缓冲层提高au与硅片之间的粘附力，再蒸镀au薄膜。

技术总结
本发明提供了一种基于碳纳米管场效应晶体管传感器结合DNA序列高灵敏性检测汞离子的方法，包括以下步骤：S1：采用CVD法在硅片表面制备出所需的SWNTs，在硅片表面热蒸镀金电极制备SWNTFET传感器；S2：用DNA和GA对SWNTs表面功能化；S3：在DNA序列多胸腺嘧啶的中间设计4个碱基桥接连段，且在其中一端修饰氨基基团；S4：向SWNTFET传感器中加入Hg<supgt;2+</supgt;，一定浓度的DNA，保持一定的反应时间，控制PH，DNA探针捕捉到Hg<supgt;2+</supgt;后，SWNTFET传感器将DNA与Hg<supgt;2+</supgt;的相互作用转换为电信号，结合锁相放大器检测电流的变化情况。通过对SWNTFET传感器的条件优化包括DNA的浓度选择、反应时间和PH，确定插入四个碱基对以对发夹结构进行设计等一系列参数进行优化以提高对Hg<supgt;2+</supgt;的检测效果。

技术研发人员：高力,张瑶,时海霞
受保护的技术使用者：镇江永晨科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15