基于氧化锌和高电子迁移率晶体管生物传感器及制备方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201110199584.6	申请日：	2011.07.17
公开号：	CN102313765A	公开日：	2012.01.11
当前法律状态：	驳回	有效性：	无权
法律详情：	发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):G01N 27/26申请公布日:20120111\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):G01N 27/26申请日:20110717\|\|\|公开
IPC分类号：	G01N27/26	主分类号：	G01N27/26
申请人：	北京科技大学
发明人：	张跃; 宋宇; 雷洋; 闫小琴; 罗宁; 刘羲
地址：	100083 北京市海淀区学院路30号
优先权：
专利代理机构：	北京东方汇众知识产权代理事务所(普通合伙) 11296	代理人：	朱元萍
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内容摘要

一种基于氧化锌和高电子迁移率晶体管生物传感器及制备方法，属于纳米材料应用领域。其特征是：使用分子束外延（MBE）系统来制备AlGaAs/GaAsHEMT层状结构。然后使用热蒸镀的方法来制备镍/锗金/镍/金合金电极，再在器件表面沉积二氧化硅绝缘层，即可获得AlGaAs/GaAsHEMT。气固法用于制备T-ZnO。将T-ZnO修饰在HEMT的栅极上，并依次在T-ZnO层上滴加生物酶溶液与Nafion溶液。制备好的器件置于低温中保存一段时间，既可以用来对相对应的生物溶液进行溶液浓度探测。本发明优点是：制备出的器件可以通过在栅极修饰不同的生物酶来探测相对应的生物溶液的浓度，灵敏度高，探测极限低，探测范围广，响应速度快，结构简单，性能稳定，为以后的实际应用提供了可能。

权利要求书

1：一种基于氧化锌和高电子迁移率晶体管生物传感器，其特征在于以 AlGaAs/GaAs 高电子迁移率晶体管简称 HEMT 为基底，并依次使用微米级四针状氧化锌即 T-ZnO、葡萄糖酶或尿酸酶以及 Nafion 进行栅极修饰。
2：一种制备权利要求 1 所述基于氧化锌和高电子迁移率晶体管生物传感器的方法，其特征在于：通过使用 EPI GEN- Ⅱ型 MBE 系统来制备 AlGaAs/GaAs HEMT 的层状结构；其中各层结构分别为： GaAs 层 1 μm, AlGaAs 层 3 nm，掺 Si 的 AlGaAs 层 22 nm，掺 Si 的 GaAs 帽层 5 nm ；然后使用热蒸镀的方法来制备镍金锗镍金 100 nm 厚的电极，其中镍 / 锗金 / 镍 / 金的厚度分别为 500/2040/100/500 埃米，最后再在电极上沉积 200 nm 厚的二氧化硅绝缘层；即可获得 AlGaAs/GaAs HEMT ；通过使用气固法来制备四针状氧化锌，将锌粉和醋酸锌粉以摩尔比 10 ∶ 1 混合后置于 660 ℃管式炉中反应 15 分钟，氧气流和氩气流的流速分别为 300 sccm （标准立方厘米每分钟）和 15 sccm ；最后即可得到平均尺寸在 5 μm 左右的 T-ZnO ；将 T-ZnO 溶于乙醇溶液，均匀涂敷在 HEMT 的栅极上，在室温下自然晾干，形成 5 μm 厚的 T-ZnO 层；然后在 T-ZnO 层上滴加葡萄糖酶或尿酸酶，并立即滴加美国 ALDRICH 公司提供的 Nafion 溶液；再将制备好的器件置于遮光处 15 分钟，然后取出并置于 4 ℃冰箱中保存 24 小时，即可以得到葡萄糖 / 尿酸生物传感器。
3：如权利要求 1 所述的基于氧化锌和高电子迁移率晶体管生物传感器，其特征在于：以 AlGaAs/GaAs HEMT 为基底，并依次使用微米级 / 纳米级 T-ZnO，生物酶分子与 Nafion 进行栅极修饰。
4：如权利要求 2 所述制备基于氧化锌和高电子迁移率晶体管生物传感器的方法，其特征在于：用 EPI GEN- Ⅱ型 MBE 系统和热蒸镀方法来制备 AlGaAs/GaAs HEMT，然后用气固法制备微米级 / 纳米级的 T-ZnO，并将所制备的 T-ZnO 用乙醇分散于栅极表面形成 T-ZnO 薄层，再依次使用生物酶分子和 Nafion 修饰栅极，其中生物酶分子与 T-ZnO 的接触方式为静电吸附作用，而 Nafion 是用来固定 T-ZnO。

说明书

基于氧化锌和高电子迁移率晶体管生物传感器及制备方法
    技术领域本发明属于纳米材料应用领域，将半导体器件与生物测量相结合，既充分发挥了半导体器件的即时响应，又实现了对生物分子的微量测量。
     背景技术随着纳米科学与技术的不断发展，越来越多的研究成果被运用到生物医用领域。对于生物分子实现微量测量，可以让我们更好地掌握和控制人体的健康情况。如对尿酸分子实行微量测量，我们可以对可能患痛风者进行预先防治，使其患痛风的概率大大减小。又如对葡萄糖分子的微量测量，可以让我们对潜在的糖尿病有一个先期预防，大大降低糖尿病的发病几率。生物传感器作为探测生物分子微观浓度的主要物质载体，已经引起了许多生物材料研究者的注意。研究者们为了获得更低的生物分子的探测极限，尝试了不同的方法。
     目前在临床中对这些生物分子的测量多使用光学测量的方法。测量周期长，操作复杂以及探测极限低是这种方法的缺点。因此研究者们将精力投入了寻找更可靠，测量极限更低的方法。测量生物分子的方法主要通过测量（1）反应生成的过氧化氢，（2）溶解氧气的含量，以及（3）生成物的吸收光谱。而目前被广泛研究的三电极系统则是主要测量反应生成的过氧化氢来测量生物分子浓度的。虽然三电极系统构成的生物传感器已经被大量研究，但是采用半导体器件与功能材料相结合的方法则很少见报。
     高电子迁移率晶体管（HEMT）由于其具有高速、高频和低噪声的性能特点，已经被广泛运用于各种噪声放大器，频率放大器和微波集成电路。其独特的二维电子气效应使得其在微观测量上有着与其他半导体器件无法比拟的优势。当 HEMT 的栅极因为添加生物溶液时而对其二维电子气通道产生影响。从而使得 HEMT 的漏极电流发生变化，通过测量该变化来检测生物溶液的浓度。而具有较高等电位，良好的电子输运性能和生物相容性能的氧化锌（ZnO）则成为了性能优良的生物材料。其中四针状氧化锌（T-ZnO）因其独特的形貌结构而具有较高比表面积，被认为是用来固定生物分子的理想材料。
     关于运用 HEMT 或 T-ZnO 在生物分子测量领域的报道很少。美国佛罗里达大学的 Kang 等（B. S. Kang， H. T. Wang, F. Ren et al. Appl. Phys. Lett 91. 2007, 252103）用氮化镓构建的 HEMT 与 ZnO 阵列相结合的方法来探测葡萄糖浓度。北京科技大学的 Lei 等（Y. Lei, X. Q. Yan, N. Luo et al. Colloids and Surfaces A, 2010,361: 169-173）用 T-ZnO 修饰传统三电极体系中的工作电极对葡萄糖浓度进行测量。
     到目前为止， HEMT 运用于生物探测也只是与 ZnO 纳米阵列相结合，其制备工艺比较复杂。而 T-ZnO 用于生物探测的研究也才刚刚起步。用 T-ZnO 修饰的三电极系统的探测下限通常为微安级别。
     发明内容
     本发明目的是为了简化 HEMT 栅极修饰工艺，同时增加栅极对二维电子气通道的影响，并进一步降低生物溶液的探测极限至纳安级别，提供一种器由砷化镓（GaAs）构建的 HEMT 与 T-ZnO 相结合的方法来制备生物传感。
     一种基于氧化锌和高电子迁移率晶体管生物传感器，特征在于以 AlGaAs/GaAs 高电子迁移率晶体管（HEMT）为基底，并依次使用微米级四针状氧化锌（T-ZnO）、葡萄糖酶或尿酸酶以及 Nafion 进行栅极修饰，所构成的生物传感器结构简单，性能稳定，响应灵敏。
     如上所述的制备方法是通过如下三个步骤实现： 1. 通过使用 EPI GEN- Ⅱ型分子束外延（MBE）系统来制备 AlGaAs/GaAs HEMT 的层状结构。其中各层结构分别为： GaAs 层 1 μm, AlGaAs 层 3 nm，掺 Si 的 AlGaAs 层 22 nm，掺 Si 的 GaAs 帽层 5 nm。然后使用热蒸镀的方法来制备镍金锗镍金 100 nm 厚的电极（其中镍 / 锗金 / 镍 / 金的厚度分别为 500/2040/100/500 埃米），最后再在电极上沉积 200 nm 厚的二氧化硅绝缘层。即可获得 AlGaAs/GaAs HEMT。
     2. 通过使用气固法来制备四针状氧化锌（T-ZnO）。将锌粉和醋酸锌粉以摩尔比 10 ∶ 1 混合后置于 660 ℃管式炉中反应 15 分钟，氧气流和氩气流的流速分别为 300 sccm （标准立方厘米每分钟）和 15 sccm。最后即可得到平均尺寸在 5 μm 左右的 T-ZnO。
     3. 将 T-ZnO 溶于乙醇溶液，均匀涂敷在 HEMT 的栅极上，在室温下自然晾干，形成 5 μm 厚的 T-ZnO 层。然后在 T-ZnO 层上滴加葡萄糖酶或尿酸酶，并立即滴加 Nafion（美国 ALDRICH 公司提供）溶液。再将制备好的器件置于遮光处 15 分钟，然后取出并置于 4 ℃冰箱中保存 24 小时，即可以得到葡萄糖 / 尿酸生物传感器。之所以选择 GaAs 构建的 HEMT 是因为 GaAs 为窄禁带材料 (1.4 eV)，当栅极表面处的电子发生变化时，帽层 GaAs 材料可以更容易激发出电子进入到二维电子气通道，从而将栅极表面的变化传递至二维电子气通道，最终引起栅极电流的变化，实现对生物分子溶液的探测。
     T-ZnO 更易于吸附生物酶分子。当吸附在 T-ZnO 上的生物酶分子与被探测的生物分子发生反应时，所产生的电子转移使得 T-ZnO 的等电位下降，从而使栅极的表面发生变化，最终使得漏极电流发生变化。为了进一步发挥 T-ZnO 在生物传感器中的电输运作用，可以使用纳米级 T-ZnO 来构建生物传感器。
     此外，由于可以使用不同的生物酶分子来修饰生物传感器的栅极，因此可以构建探测不同生物溶液浓度的生物传感器。例如，除了可以构建葡萄糖 / 尿酸生物传感器外，也可以在生物传感器的栅极上修饰乳酸酶来构建乳酸生物传感器。
     用其它生物酶分子来修饰生物传感器栅极构建探测相对应生物溶液的方法与构建葡萄糖 / 尿酸酶生物传感器的方法相似。只需要在用生物酶分子修饰栅极这一步选用特定的生物酶分子进行修饰，所构建的生物传感器即可以对相对应的生物溶液进行测量。
     本发明的优点在于： 1. 传感器制备工艺简易，将 HEMT 与 T-ZnO 成功结合用于生物溶液探测。
     2. 生物溶液探测浓度探测极限下降至纳摩尔级，而且器件的响应时间低于 1 秒。
     3. 传感器便于携带，使用方便。
     附图说明图 1 用气固法所制备出来的尺寸在 5 μm 左右的 T-ZnO 扫描电镜形貌图。
     图 2 由 T-ZnO 和 HEMT 所构建的生物传感器结构示意图。
     图 3 生物传感器表面扫描电镜形貌图；插图表示生物酶与 T-ZnO 吸附形貌图。
     图 4 用所构建尿酸酶生物传感器在偏压为 0.5 V 下分别对浓度为 0.2 nM、 2 nM、 20 nM、 200 nM、 2 μM、 20 μM 和 200 μM 的尿酸溶液进行探测所得到的电流时间关系图。
     图 5 用所构建的葡萄糖酶生物传感器在偏压为 0.5 V 下分别对浓度为 0.3 nM、 3 nM、 30 nM、 300 nM、 3 μM、 30 μM 和 300 μM 的葡萄糖溶液进行探测所得到电流时间关系图。
     具体实施方式 : 下面结合具体例子对本发明的技术方案进行说明：实施例 1 ： 1．采用 MBE 技术制备出 AlGaAs/GaAs 高电子迁移率晶体管，其规格为： GaAs 层为 1 μm 厚 , AlGaAs 层为 3 nm 厚，掺 Si 的 AlGaAs 层为 22 nm 厚，掺 Si 的帽层 GaAs 为 5 nm 厚。然后使用热蒸镀的方法来制备镍金锗镍金 100 nm 厚的电极，最后再在电极上沉积 200 nm 厚 2 的二氧化硅绝缘层，两侧各留出 0.5×5 mm 未覆盖绝缘层的电极。
     2．然后用 CVD 方法制备尺寸在 5 μm 左右的四针状氧化锌修饰 AlGaAs/GaAs 高电子迁移率晶体管栅极表面。修饰的方法是将制备好的四针状氧化锌通过乙醇均匀地分散在 HEMT 的栅极表面，形成的氧化锌层约为 5 μm。
     3．在氧化锌层上面滴加活度为 109 U/mg 的葡萄糖酶分子进行修饰，并滴加 Nafion 使其成膜来固定这些四针状氧化锌。将修饰了生物酶的生物传感器置于冰箱中保存 24 小时，就可以对葡萄糖溶液进行测量了。
     4．在进行葡萄糖溶液测量之前需要将生物传感器在 37 ℃恒温环境中保温 15 分钟。测量时采用电化学工作站（SI 1287）的两个探头与葡萄糖生物传感器两个电极构成测量回路的方法进行测量，测量的偏压为 0.5 V。浓度从 0.3 nM 至 0.3 mM pH 为 7.4 的葡萄糖溶液依次滴加至生物传感器修饰过的栅极，从电化学工作站上获得各种浓度的响应信号。
     实施例 2 ： 1．构建 AlGaAs/GaAs HEMT 所使用方法如实施例 1 中第一步所述。
     2．制备四针状氧化锌，并用这些氧化锌修饰 HEMT 栅极方法如实施例 1 中第二步所述。
     3．在氧化锌层上面滴加活度为 4.43 U/mg 的尿酸酶分子进行修饰，并滴加 Nafion 使其成膜来固定这些四针状氧化锌。将修饰了生物酶的生物传感器置于冰箱中保存 24 小时，就可以对尿酸溶液进行测量了。
     4．在进行尿酸溶液测量之前需要将生物传感器在 37 ℃恒温环境中保温 15 分钟。测量时采用电化学工作站（SI 1287）的两个探头与尿酸生物传感器两个电极构成测量回路的方法进行测量，测量的偏压为 0.5 V。浓度从 0.2 nM 至 0.2 mM pH 为 7.02 的尿酸溶液依次滴加至生物传感器修饰过的栅极，从电化学工作站上获得各种浓度的响应信号。

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1、(10)申请公布号 CN 102313765 A (43)申请公布日 2012.01.11 CN 102313765 A *CN102313765A* (21)申请号 201110199584.6 (22)申请日 2011.07.17 G01N 27/26(2006.01) (71)申请人北京科技大学地址 100083 北京市海淀区学院路 30 号 (72)发明人张跃宋宇雷洋闫小琴罗宁刘羲 (74)专利代理机构北京东方汇众知识产权代理事务所 ( 普通合伙 ) 11296 代理人朱元萍 (54) 发明名称基于氧化锌和高电子迁移率晶体管生物传感器及制备方法 (57) 摘要。

2、一种基于氧化锌和高电子迁移率晶体管生物传感器及制备方法，属于纳米材料应用领域。其特征是：使用分子束外延（MBE）系统来制备 AlGaAs/ GaAsHEMT 层状结构。然后使用热蒸镀的方法来制备镍 / 锗金 / 镍 / 金合金电极，再在器件表面沉积二氧化硅绝缘层，即可获得 AlGaAs/GaAsHEMT。气固法用于制备 T-ZnO。将 T-ZnO 修饰在 HEMT 的栅极上，并依次在 T-ZnO 层上滴加生物酶溶液与 Nafion 溶液。制备好的器件置于低温中保存一段时间，既可以用来对相对应的生物溶液进行溶液浓度探测。本发明优点是：制备出的器件可以通。

3、过在栅极修饰不同的生物酶来探测相对应的生物溶液的浓度，灵敏度高，探测极限低，探测范围广，响应速度快，结构简单，性能稳定，为以后的实际应用提供了可能。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书 1 页说明书 3 页附图 3 页 CN 102313769 A1/1 页 2 1. 一种基于氧化锌和高电子迁移率晶体管生物传感器，其特征在于以 AlGaAs/GaAs 高电子迁移率晶体管简称 HEMT 为基底，并依次使用微米级四针状氧化锌即 T-ZnO、葡萄糖酶或尿酸酶以及 Nafion 进行栅极修饰。 2. 一种制备权利。

4、要求 1 所述基于氧化锌和高电子迁移率晶体管生物传感器的方法，其特征在于：通过使用 EPI GEN- 型 MBE 系统来制备 AlGaAs/GaAs HEMT 的层状结构；其中各层结构分别为： GaAs 层 1 m, AlGaAs 层 3 nm，掺 Si 的 AlGaAs 层 22 nm，掺 Si 的 GaAs 帽层 5 nm ；然后使用热蒸镀的方法来制备镍金锗镍金 100 nm 厚的电极，其中镍 / 锗金 / 镍 / 金的厚度分别为500/2040/100/500埃米，最后再在电极上沉积200 nm厚的二氧化硅绝缘层；即可获得 AlGaAs/GaAs HEMT。

5、；通过使用气固法来制备四针状氧化锌，将锌粉和醋酸锌粉以摩尔比101混合后置于 660 管式炉中反应 15 分钟，氧气流和氩气流的流速分别为 300 sccm （标准立方厘米每分钟）和 15 sccm ；最后即可得到平均尺寸在 5 m 左右的 T-ZnO ；将 T-ZnO 溶于乙醇溶液，均匀涂敷在 HEMT 的栅极上，在室温下自然晾干，形成 5 m 厚的T-ZnO层；然后在T-ZnO层上滴加葡萄糖酶或尿酸酶，并立即滴加美国ALDRICH公司提供的 Nafion 溶液；再将制备好的器件置于遮光处 15 分钟，然后取出并置于 4 冰箱中保存 24 小时，即可以。

6、得到葡萄糖 / 尿酸生物传感器。 3. 如权利要求 1 所述的基于氧化锌和高电子迁移率晶体管生物传感器，其特征在于：以 AlGaAs/GaAs HEMT 为基底，并依次使用微米级 / 纳米级 T-ZnO，生物酶分子与 Nafion 进行栅极修饰。 4. 如权利要求 2 所述制备基于氧化锌和高电子迁移率晶体管生物传感器的方法，其特征在于：用 EPI GEN- 型 MBE 系统和热蒸镀方法来制备 AlGaAs/GaAs HEMT，然后用气固法制备微米级 / 纳米级的 T-ZnO，并将所制备的 T-ZnO 用乙醇分散于栅极表面形成 T-ZnO 薄层，再依次使用生物酶分子。

7、和 Nafion 修饰栅极，其中生物酶分子与 T-ZnO 的接触方式为静电吸附作用，而 Nafion 是用来固定 T-ZnO。权利要求书 CN 102313765 A CN 102313769 A1/3 页 3 基于氧化锌和高电子迁移率晶体管生物传感器及制备方法技术领域 0001 本发明属于纳米材料应用领域，将半导体器件与生物测量相结合，既充分发挥了半导体器件的即时响应，又实现了对生物分子的微量测量。背景技术 0002 随着纳米科学与技术的不断发展，越来越多的研究成果被运用到生物医用领域。对于生物分子实现微量测量，可以让我们更好地掌握和控制人体的健康情况。如对。

8、尿酸分子实行微量测量，我们可以对可能患痛风者进行预先防治，使其患痛风的概率大大减小。又如对葡萄糖分子的微量测量，可以让我们对潜在的糖尿病有一个先期预防，大大降低糖尿病的发病几率。生物传感器作为探测生物分子微观浓度的主要物质载体，已经引起了许多生物材料研究者的注意。研究者们为了获得更低的生物分子的探测极限，尝试了不同的方法。 0003 目前在临床中对这些生物分子的测量多使用光学测量的方法。测量周期长，操作复杂以及探测极限低是这种方法的缺点。因此研究者们将精力投入了寻找更可靠，测量极限更低的方法。测量生物分子的方法主要通过测量（1）反应生成的过氧化氢，（2）溶。

9、解氧气的含量，以及（3）生成物的吸收光谱。而目前被广泛研究的三电极系统则是主要测量反应生成的过氧化氢来测量生物分子浓度的。虽然三电极系统构成的生物传感器已经被大量研究，但是采用半导体器件与功能材料相结合的方法则很少见报。 0004 高电子迁移率晶体管（HEMT）由于其具有高速、高频和低噪声的性能特点，已经被广泛运用于各种噪声放大器，频率放大器和微波集成电路。其独特的二维电子气效应使得其在微观测量上有着与其他半导体器件无法比拟的优势。当 HEMT 的栅极因为添加生物溶液时而对其二维电子气通道产生影响。从而使得 HEMT 的漏极电流发生变化，通过测量该变化来检测。

10、生物溶液的浓度。而具有较高等电位，良好的电子输运性能和生物相容性能的氧化锌（ZnO）则成为了性能优良的生物材料。其中四针状氧化锌（T-ZnO）因其独特的形貌结构而具有较高比表面积，被认为是用来固定生物分子的理想材料。 0005 关于运用 HEMT 或 T-ZnO 在生物分子测量领域的报道很少。美国佛罗里达大学的 Kang等（B. S. Kang， H. T. Wang, F. Ren et al. Appl. Phys. Lett 91. 2007, 252103）用氮化镓构建的HEMT与ZnO阵列相结合的方法来探测葡萄糖浓度。北京科技大学的Lei等（Y. Lei, X。

11、. Q. Yan, N. Luo et al. Colloids and Surfaces A, 2010,361: 169-173）用 T-ZnO 修饰传统三电极体系中的工作电极对葡萄糖浓度进行测量。 0006 到目前为止， HEMT 运用于生物探测也只是与 ZnO 纳米阵列相结合，其制备工艺比较复杂。而 T-ZnO 用于生物探测的研究也才刚刚起步。用 T-ZnO 修饰的三电极系统的探测下限通常为微安级别。发明内容 0007 本发明目的是为了简化 HEMT 栅极修饰工艺，同时增加栅极对二维电子气通道的说明书 CN 102313765 A CN 102313769 A2/3 。

12、页 4 影响，并进一步降低生物溶液的探测极限至纳安级别，提供一种器由砷化镓（GaAs）构建的 HEMT 与 T-ZnO 相结合的方法来制备生物传感。 0008 一种基于氧化锌和高电子迁移率晶体管生物传感器，特征在于以 AlGaAs/GaAs 高电子迁移率晶体管（HEMT）为基底，并依次使用微米级四针状氧化锌（T-ZnO）、葡萄糖酶或尿酸酶以及 Nafion 进行栅极修饰，所构成的生物传感器结构简单，性能稳定，响应灵敏。 0009 如上所述的制备方法是通过如下三个步骤实现： 1. 通过使用 EPI GEN- 型分子束外延（MBE）系统来制备 AlGaAs/G。

13、aAs HEMT 的层状结构。其中各层结构分别为： GaAs 层 1 m, AlGaAs 层 3 nm，掺 Si 的 AlGaAs 层 22 nm，掺 Si 的 GaAs 帽层 5 nm。然后使用热蒸镀的方法来制备镍金锗镍金 100 nm 厚的电极（其中镍 / 锗金 / 镍 / 金的厚度分别为 500/2040/100/500 埃米），最后再在电极上沉积 200 nm 厚的二氧化硅绝缘层。即可获得 AlGaAs/GaAs HEMT。 0010 2. 通过使用气固法来制备四针状氧化锌（T-ZnO）。将锌粉和醋酸锌粉以摩尔比 10 1 混合后置于 660 管式炉中反应 15 分。

14、钟，氧气流和氩气流的流速分别为 300 sccm （标准立方厘米每分钟）和 15 sccm。最后即可得到平均尺寸在 5 m 左右的 T-ZnO。 0011 3. 将 T-ZnO 溶于乙醇溶液，均匀涂敷在 HEMT 的栅极上，在室温下自然晾干，形成 5 m 厚的 T-ZnO 层。然后在 T-ZnO 层上滴加葡萄糖酶或尿酸酶，并立即滴加 Nafion（美国 ALDRICH 公司提供）溶液。再将制备好的器件置于遮光处 15 分钟，然后取出并置于 4 冰箱中保存 24 小时，即可以得到葡萄糖 / 尿酸生物传感器。 0012 之所以选择GaAs构建的HEMT是因为GaAs为窄禁带材料。

15、(1.4 eV)，当栅极表面处的电子发生变化时，帽层 GaAs 材料可以更容易激发出电子进入到二维电子气通道，从而将栅极表面的变化传递至二维电子气通道，最终引起栅极电流的变化，实现对生物分子溶液的探测。 0013 T-ZnO 更易于吸附生物酶分子。当吸附在 T-ZnO 上的生物酶分子与被探测的生物分子发生反应时，所产生的电子转移使得 T-ZnO 的等电位下降，从而使栅极的表面发生变化，最终使得漏极电流发生变化。为了进一步发挥 T-ZnO 在生物传感器中的电输运作用，可以使用纳米级 T-ZnO 来构建生物传感器。 0014 此外，由于可以使用不同的生物酶分子来修饰。

16、生物传感器的栅极，因此可以构建探测不同生物溶液浓度的生物传感器。例如，除了可以构建葡萄糖 / 尿酸生物传感器外，也可以在生物传感器的栅极上修饰乳酸酶来构建乳酸生物传感器。 0015 用其它生物酶分子来修饰生物传感器栅极构建探测相对应生物溶液的方法与构建葡萄糖 / 尿酸酶生物传感器的方法相似。只需要在用生物酶分子修饰栅极这一步选用特定的生物酶分子进行修饰，所构建的生物传感器即可以对相对应的生物溶液进行测量。 0016 本发明的优点在于： 1. 传感器制备工艺简易，将 HEMT 与 T-ZnO 成功结合用于生物溶液探测。 0017 2. 生物溶液探测浓度探测极限下降至纳摩尔级，。

17、而且器件的响应时间低于 1 秒。 0018 3. 传感器便于携带，使用方便。 0019 附图说明说明书 CN 102313765 A CN 102313769 A3/3 页 5 0020 图 1 用气固法所制备出来的尺寸在 5 m 左右的 T-ZnO 扫描电镜形貌图。 0021 图 2 由 T-ZnO 和 HEMT 所构建的生物传感器结构示意图。 0022 图 3 生物传感器表面扫描电镜形貌图；插图表示生物酶与 T-ZnO 吸附形貌图。 0023 图4用所构建尿酸酶生物传感器在偏压为0.5 V下分别对浓度为0.2 nM、 2 nM、 20 nM、 200 nM、 2 M、 20 。

18、M 和 200 M 的尿酸溶液进行探测所得到的电流时间关系图。 0024 图 5 用所构建的葡萄糖酶生物传感器在偏压为 0.5 V 下分别对浓度为 0.3 nM、 3 nM、 30 nM、 300 nM、 3 M、 30 M 和 300 M 的葡萄糖溶液进行探测所得到电流时间关系图。 0025 具体实施方式 : 下面结合具体例子对本发明的技术方案进行说明：实施例 1 ： 1 采用MBE技术制备出AlGaAs/GaAs高电子迁移率晶体管，其规格为： GaAs层为1 m 厚 , AlGaAs 层为 3 nm 厚，掺 Si 的 AlGaAs 层为 22 nm 厚，掺 Si 的帽层 Ga。

19、As 为 5 nm 厚。然后使用热蒸镀的方法来制备镍金锗镍金 100 nm 厚的电极，最后再在电极上沉积 200 nm 厚的二氧化硅绝缘层，两侧各留出 0.55 mm2未覆盖绝缘层的电极。 0026 2然后用 CVD 方法制备尺寸在 5 m 左右的四针状氧化锌修饰 AlGaAs/GaAs 高电子迁移率晶体管栅极表面。修饰的方法是将制备好的四针状氧化锌通过乙醇均匀地分散在 HEMT 的栅极表面，形成的氧化锌层约为 5 m。 0027 3在氧化锌层上面滴加活度为 109 U/mg 的葡萄糖酶分子进行修饰，并滴加 Nafion使其成膜来固定这些四针状氧化锌。将修饰了生物酶的生物传。

20、感器置于冰箱中保存 24 小时，就可以对葡萄糖溶液进行测量了。 0028 4在进行葡萄糖溶液测量之前需要将生物传感器在 37 恒温环境中保温 15 分钟。测量时采用电化学工作站（SI 1287）的两个探头与葡萄糖生物传感器两个电极构成测量回路的方法进行测量，测量的偏压为0.5 V。浓度从0.3 nM至0.3 mM pH为7.4的葡萄糖溶液依次滴加至生物传感器修饰过的栅极，从电化学工作站上获得各种浓度的响应信号。 0029 实施例 2 ： 1构建 AlGaAs/GaAs HEMT 所使用方法如实施例 1 中第一步所述。 0030 2制备四针状氧化锌，并用这些氧化锌修饰 HEM。

21、T 栅极方法如实施例 1 中第二步所述。 0031 3 在氧化锌层上面滴加活度为4.43 U/mg的尿酸酶分子进行修饰，并滴加Nafion 使其成膜来固定这些四针状氧化锌。将修饰了生物酶的生物传感器置于冰箱中保存 24 小时，就可以对尿酸溶液进行测量了。 0032 4 在进行尿酸溶液测量之前需要将生物传感器在 37 恒温环境中保温 15 分钟。测量时采用电化学工作站（SI 1287）的两个探头与尿酸生物传感器两个电极构成测量回路的方法进行测量，测量的偏压为 0.5 V。浓度从 0.2 nM 至 0.2 mM pH 为 7.02 的尿酸溶液依次滴加至生物传感器修饰过的栅极，从电化学工作站上获得各种浓度的响应信号。说明书 CN 102313765 A CN 102313769 A1/3 页 6 图 1 图 2 说明书附图 CN 102313765 A CN 102313769 A2/3 页 7 图 3 图 4 说明书附图 CN 102313765 A CN 102313769 A3/3 页 8 图 5 说明书附图 CN 102313765 A 。

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