基于石墨烯场效应晶体管的核酸生物传感器研究

石墨烯的场效应晶体管制造实验流程一、概述石墨烯是一种由碳原子以二维晶格形式排列而成的材料，具有优异的导电性、热导率和机械强度，因此在电子器件领域具有广泛的应用前景。

场效应晶体管是一种基于半导体材料的电子器件，利用外加电场调节电子输运性质。

本文将介绍石墨烯的场效应晶体管制造实验流程，以便于读者了解并进行相关实验研究。

二、实验材料与仪器1. 实验材料：- 氧化硅衬底片- 纯度高达99.9的石墨片- 氢氧化钠、硫酸、次氯酸钠、硝酸等化学试剂- 甲苯、异丙醇、丙酮等有机溶剂2. 实验仪器：- 进口超高真空物理气相沉积系统- 扫描探针显微镜- 离子束蚀刻系统- 激光切割系统- 原子力显微镜三、实验流程1. 制备石墨烯（1）在进口超高真空物理气相沉积系统中，将石墨片放置在高温石墨坩埚中，利用热蒸发法制备石墨烯薄膜。

（2）通过扫描探针显微镜观察薄膜形貌，并选取质量较好的样品。

2. 氢氧化钠清洗（1）将氧化硅衬底片放入氢氧化钠溶液中，进行超声清洗，去除表面杂质和氧化层。

（2）在硫酸和次氯酸钠混合溶液中进行进一步清洗，去除残留的有机物和金属离子。

3. 氧等离子蚀刻刻蚀（1）将制备好的石墨烯薄膜贴附在氢氧化钠清洗过的氧化硅衬底片上。

（2）将样品置于离子束蚀刻系统中，利用氧等离子蚀刻技术去除石墨烯薄膜表面残余的杂质和氧化物。

4. 激光切割（1）使用激光切割系统对石墨烯薄膜进行精确切割，制备出场效应晶体管的通道。

（2）通过原子力显微镜对切割后的样品进行表面形貌和电学性质的表征。

5. 其他后续实验（1）制备金属源和栅极电极，通过电子束蒸发等方法在石墨烯薄膜上制备金属电极。

（2）通过层状结构沉积技术，在石墨烯薄膜表面沉积介电层和栅极。

四、实验结果与分析通过以上实验流程，制备得到了石墨烯的场效应晶体管样品。

利用扫描探针显微镜、原子力显微镜等各种表征手段对样品的表面形貌和电学性质进行了详细分析。

实验结果表明，制备得到的石墨烯场效应晶体管具有优异的导电性和稳定的场效应特性，满足相关应用要求。

材料科学中的石墨烯与其在生物医学领域的应用石墨烯是一种全新的材料，它由一层厚度为原子层级别的碳原子组成，具有良好的导电性、导热性、机械性能和化学稳定性等优良的特性，因此被广泛应用于微电子、传感器、纳米材料等领域。

然而，石墨烯的应用不仅仅局限于这些领域，最近在生物医学领域也有了不少的研究和应用。

一、石墨烯在生物医学领域的应用1、药物递送石墨烯具有大面积、可控的孔径结构和生物相容性等优势，可以作为载体用于药物递送。

研究表明，将药物包裹在石墨烯中可以提高其溶解度、稳定性和生物利用度，从而提高药物疗效，减少不良反应。

此外，石墨烯还可以通过外表面修饰，使药物靶向到特定的细胞或组织，达到更好的治疗效果。

2、生物传感器石墨烯具有极高的电子迁移率和载流子浓度，因此可以被用于制造高灵敏的生物传感器。

例如，将石墨烯修饰在电极表面，可以检测出多种生物分子，如蛋白质、DNA等。

此外，石墨烯还可以与生物分子进行特异性识别，并将这种识别转化为电信号输出，实现生物分子的快速检测。

3、组织工程石墨烯在组织工程方面也有很好的应用前景。

由于石墨烯具有良好的生物相容性和机械性能，因此可以被用于生成3D生物支架和材料，用于组织修复和再生。

同时，石墨烯还可以被用于移植细胞，并实现细胞的迁移和增殖，促进组织的再生。

4、癌症治疗石墨烯不仅可以用于药物递送，还可以被用于激光治疗癌症。

研究表明，将石墨烯纳米粒子注入癌细胞中，并用激光进行照射，可以使石墨烯在癌细胞内聚集，并被激光刺激产生热能，从而破坏癌细胞的结构和功能，实现癌症的治疗效果。

二、石墨烯在生物医学领域中的挑战虽然石墨烯在生物医学领域中有很多应用前景，但目前仍然面临许多挑战。

其中，最主要的挑战是针对石墨烯的生物毒性和稳定性问题。

1、生物毒性由于石墨烯具有大面积和高比表面积等特性，在生物体内容易与生物分子发生物理、化学反应，从而增加生物毒性风险。

此外，石墨烯对细胞膜的穿透能力也可能导致细胞结构和功能的破坏。

功能核酸生物传感器设计和检测原理功能核酸生物传感器是一种基于特殊结构的人工合成核酸分子，在生物系统中发挥特定功能的传感器。

相比传统的生物传感器，功能核酸生物传感器具有更高的稳定性、更容易制备和修饰、更强的化学稳定性和结构多样性等优点。

本文将重点介绍功能核酸生物传感器的设计和检测原理。

1. 设计功能核酸生物传感器的基本原理功能核酸生物传感器的设计基于核酸的自身特性以及骨架的特殊结构。

常见的功能核酸包括DNA酶、RNA酶、DNAzyme和RNAzyme 等。

这些功能核酸分子能够与目标分子结合发生特异性反应，并产生可观察的信号。

在设计过程中，需要考虑到以下几个方面：1.1 序列和结构设计功能核酸通常通过选择特定的序列和结构来达到特定的功能。

核酸序列的设计可以通过计算机辅助分析软件进行，以优化目标分子与功能核酸的结合亲和力和特异性。

结构设计中包括单链、双链和多链核酸的选择，可以通过特定碱基序列的互补性和配对来实现。

1.2 核酸修饰核酸修饰是功能核酸生物传感器设计的重要步骤。

通过引入化学修饰物或酶修饰，可以改变功能核酸的性质，提高传感器的灵敏度和选择性。

例如，可以在核酸分子的末端引入荧光染料或荧光探针，通过荧光信号的变化来监测目标分子的存在。

1.3 目标分子的识别功能核酸生物传感器的设计要求对目标分子具有高度的特异性和选择性。

这可以通过序列和结构选择来实现，也可以通过引入额外的互补序列或结构来增强核酸与目标分子的结合。

在某些情况下，还可以利用核酸酶的特异性降解目标分子，从而实现检测。

2. 功能核酸生物传感器的检测原理功能核酸生物传感器的检测原理基于核酸分子与目标分子的结合反应。

当目标分子存在时，核酸分子可以特异性地与其结合，并发生特定的反应。

根据不同的检测原理，功能核酸生物传感器的检测方法可以分为以下几类：2.1 荧光检测荧光检测是功能核酸生物传感器常用的检测方法之一。

在这种检测方法中，通过在核酸分子上引入荧光探针，当目标分子与核酸特异结合时，荧光信号会发生变化。

石墨烯与生物医学的结合与应用石墨烯自被发现以来，就备受科学家们的关注。

这种二维材料具有出色的导电性、热导性及机械性能，展现出了许多独特的物理和化学性质，因此在诸多领域都具有广泛应用前景。

其中，生物医学领域是石墨烯应用的热点之一。

石墨烯作为一种纳米材料，可以进入细胞膜，与生物分子相互作用，从而在生物医学领域中产生出色的应用。

具体而言，石墨烯可用于制备生物传感器、药物传输、组织工程等领域，还可用于医学成像和治疗等。

下面就这些方面作简要阐述。

1. 生物传感器石墨烯具有高比表面积、良好的电子传导性和化学惰性等优异的物理和化学性能，因此是理想的生物传感器材料。

基于石墨烯的生物传感器可用于检测葡萄糖、蛋白质和DNA等生物分子，这些传感器具有高灵敏度、特异性和稳定性，可用于诊断和监测某些疾病的发展进程。

2. 药物传输石墨烯还可用于药物传输。

石墨烯纳米片的高比表面积和化学惰性使其能够稳定地承载药物，并利用其高导电性为药物释放提供控制。

这类药物传输系统可用于治疗癌症、糖尿病、感染等疾病。

3. 组织工程细胞在石墨烯表面上的黏附能力强，墨点间距小，可提供更好的载体，让细胞更好地生长。

实验表明，石墨烯可以促进骨骼组织的生长和修复，这种结构和功能的类似性可能会持续扩展到其他类型的生物组织。

4. 医学成像石墨烯纳米材料通过吸收和散射光线的辐射，可以产生有效的荧光，因此石墨烯也可以用于医学成像。

其与磁共振成像结合使用，更可以增强磁场效应。

这使得医生或者技师可以在人体内查看更精密、更高分辨率的图像。

5. 医学治疗石墨烯在医学治疗中也有很大的应用前景。

石墨烯纳米材料可以有效地用于癌症治疗、病毒血症治疗和组织修复等方面。

与化疗相比，使用石墨烯能够减少疗程和治疗强度，并减少对患者产生的负面影响。

石墨烯在生物医学领域的应用不仅仅局限于这些领域，很多实验正在进行中。

然而，也有石墨烯的应用领域受到争议，比如有人认为其可能对人体产生毒性影响，也有研究结果表明可对人体有影响的成分可以被去除。

石墨烯电子学新型电子器件的发展方向石墨烯作为一种新型的二维材料，具有极高的导电性、热传导性和机械性能，在过去的几年被广泛应用于电子学领域。

石墨烯电子学是当前研究的热点之一，关注着如何利用石墨烯材料的优良性能来设计和制造新型的电子器件。

本文将探讨石墨烯电子学新型电子器件的发展方向。

一、石墨烯场效应晶体管 (Graphene Field-Effect Transistor, GFET)石墨烯场效应晶体管是目前最为成熟的石墨烯电子器件之一。

它基于石墨烯的高载流子迁移率和优异的电子特性，可以用于高频率和高速率的应用。

未来，石墨烯场效应晶体管的发展方向主要包括减小器件尺寸、提高性能和探索新型应用领域。

二、石墨烯热电效应器件 (Graphene Thermoelectric Devices)由于石墨烯材料的高热导和高电导特性，石墨烯被广泛研究用于制备热电效应器件。

石墨烯热电效应器件可以将废热转化为电能，从而实现能源的高效利用。

未来，石墨烯热电效应器件在微型电子设备、可穿戴设备和纳米发电等领域将有着广阔的应用前景。

三、石墨烯光电器件 (Graphene Optoelectronic Devices)石墨烯具有优异的光电特性，可以用于制备光电器件，如光电二极管、光传感器和光电模块等。

石墨烯光电器件在通信、显示和光电转换等领域具有广泛的应用前景。

随着对石墨烯光电特性的进一步了解和改善，石墨烯光电器件的性能将不断提升，应用范围也将逐渐扩大。

四、石墨烯超导器件 (Graphene Superconducting Devices)尽管石墨烯本身并不是超导体，但石墨烯可以与其他超导材料结合，形成复合材料，从而表现出超导性质。

石墨烯超导器件具有低能耗、高导电性和强耐磁性的特点，被视为未来高速计算和能源储存领域的重要组成部分。

五、石墨烯传感器 (Graphene Sensors)基于石墨烯的传感器在生物医学、环境监测和食品安全等领域有着广泛的应用前景。

石墨烯在医药中的应用石墨烯是一种由碳原子构成的单层二维材料，具有高导电、高导热、高强度、高透明度等优异特性。

这些特性使得石墨烯在医药领域中具有广泛的应用前景。

本文将从药物输送、生物传感器和组织工程三个方面介绍石墨烯在医药中的应用。

一、药物输送1.1 石墨烯作为药物载体石墨烯具有大面积和高比表面积的特性，可以作为药物载体，将药物吸附在其表面或内部进行输送。

与传统的纳米材料相比，石墨烯具有更好的生物相容性和更低的毒性。

1.2 石墨烯修饰的纳米粒子将纳米粒子与石墨烯进行修饰可以提高其生物相容性和稳定性，同时还能够增加其吸附能力和靶向能力。

这种方法被广泛应用于抗癌药物输送系统中。

1.3 石墨烯氧化物将氧化后的石墨烯（GO）作为药物载体，可以通过其大量的羟基和羧基与药物相互作用，将药物吸附在其表面或内部进行输送。

同时，GO 还可以通过表面修饰实现靶向输送。

二、生物传感器2.1 石墨烯场效应晶体管（GFET）石墨烯场效应晶体管是一种基于石墨烯的传感器，可以检测微量分子、细胞和生物分子等。

其灵敏度高、响应速度快、可重复性好等特点使得其在生物传感领域中具有广泛的应用前景。

2.2 石墨烯纳米带（GNR）石墨烯纳米带是一种具有极高灵敏度和特异性的生物传感器。

它可以通过改变电子结构来检测微量生物分子，并且可以实现多重检测。

三、组织工程3.1 石墨烯支架将石墨烯制成支架形态，可以作为组织工程中的载体，用于修复组织缺损。

由于其高导电性和高透明度，可以促进神经再生和细胞增殖。

3.2 石墨烯纳米线石墨烯纳米线是一种具有高强度和高导电性的材料，可以用于组织工程中的电刺激。

通过将其与细胞培养基结合，可以促进细胞增殖和分化。

3.3 石墨烯基生物打印利用生物打印技术，可以将细胞和石墨烯纳米线一起打印成三维结构，用于组织工程中的人工器官修复。

总结：在医药领域中，石墨烯作为一种新型材料，具有广泛的应用前景。

从药物输送、生物传感器和组织工程三个方面介绍了其应用。

石墨烯材料在生物医学领域的应用石墨烯是一种由碳原子单层构成的新型纳米材料，具有极高的导电性、导热性和机械强度，且具有较高的生物相容性和生物可降解性。

这些特性使得石墨烯材料在生物医学领域具有广阔的应用前景。

本文将就石墨烯材料在生物医学领域的应用做简单的介绍。

一、生物传感石墨烯的高表面积和生物相容性使得它成为一种理想的生物传感器材料。

石墨烯的纳米结构能够增强蛋白质、DNA和小分子等生物分子的酶催化反应，并可以通过电子传导信号转换成电信号。

这种传感器的敏感性和选择性非常高，因而可广泛用于疾病诊断、药物筛选、生物监测等方面。

二、生物成像石墨烯材料具有极高的吸收性能和荧光发光性能，因此可以用于生物光学成像。

石墨烯改性后可以通过化学修饰在靶标分子表面引入荧光标记，从而实现对靶标分子的定位和可视化。

同时，石墨烯也可以作为MRI（磁共振成像）等生物医学成像技术的对比剂，具有较高的对比度和稳定性。

三、药物输送石墨烯材料的高表面积和生物相容性使它成为一种理想的药物输送系统。

石墨烯可以被用作药物包装材料作为药物传递的载体，同时还可以改善药物的生物利用度和稳定性。

石墨烯作为一种分子负载工具可以特异性地输送药物到癌细胞等病区域，减少对健康细胞的损伤，进一步提高治疗效果。

四、组织工程石墨烯材料可以和基质结合形成可注入的凝胶，使其可以在组织工程中作为一种生物支架。

石墨烯的生物可降解性和生物相容性可以避免免疫排斥和毒性反应。

石墨烯的高导电性和高导热性，可以促进组织细胞的生长和细胞分化，从而促进组织再生和修复。

结论石墨烯是一种独特的纳米材料，它的特性使得它成为生物医学领域的理想材料。

通过对石墨烯的合理改性和化学修饰，可以进一步提高其生物相容性和生物可降解性，从而广泛应用于生物传感、生物成像、药物输送、组织工程等领域，这为人们的健康和医学研究提供了极佳的帮助。

石墨烯场效应管生物传感器是一种高灵敏度、快速响应、低成本的生物传感器。

它利用石墨烯的优异电子传输性能和生物相容性，结合场效应管的特性，可以实现对生物分子的高灵敏检测。

本文将从石墨烯的特性、场效应管的原理和生物传感器的工作原理三个方面，深入探讨石墨烯场效应管生物传感器的工作原理。

一、石墨烯的特性1. 单层结构：石墨烯是由一层厚度仅为一个原子的碳原子构成的二维晶格结构，具有极强的柔韧性和导电性。

2. 高电子迁移率：石墨烯的电子迁移率达到几千～上百万cm²/Vs，是传统硅材料的几百倍甚至上千倍，具有优异的电子传输性能。

3. 生物相容性：石墨烯具有良好的生物相容性，可以与生物分子发生特异性相互作用，用于生物传感器具有广阔的应用前景。

二、场效应管的原理1. 结构：场效应管是一种半导体器件，由栅极、漏极和源极构成。

当栅极施加电压时，可以调控漏极和源极之间的电流，实现电子的传输和放大。

2. 工作原理：当在栅极施加电压时，形成电场，调控半导体材料中的载流子浓度，从而控制漏极和源极之间的电流大小。

场效应管具有快速响应、高灵敏度的特点。

三、石墨烯场效应管生物传感器的工作原理1. 生物识别：利用石墨烯的生物相容性，将生物分子（如蛋白质、DNA等）固定在石墨烯表面，实现对生物分子的高选择性识别。

2. 信号转换：当待检测的生物分子与固定在石墨烯表面的生物识别分子结合时，会影响石墨烯的电子结构，导致场效应管栅极的电压发生变化。

3. 电信号检测：通过检测场效应管栅极的电压变化，可以实现对生物分子的快速、高灵敏的检测。

由于石墨烯的优异电子传输性能，使得传感器具有极高的灵敏度和检测速度。

石墨烯场效应管生物传感器利用石墨烯的优异电子传输性能和生物相容性，结合场效应管的特性，可以实现对生物分子的高灵敏检测。

其工作原理简单清晰，具有广泛的应用前景，可用于生物医学领域、环境监测和食品安全等多个领域。

相信随着科学技术的不断进步，石墨烯场效应管生物传感器将在生物传感器领域发挥越来越重要的作用。

石墨烯气敏传感器的研究及其应用石墨烯是一种只有一个原子层的碳材料。

由于其独特的电学、光学和机械性质，石墨烯在多个领域具有很大的应用潜力。

其中，石墨烯在气敏传感器领域的研究尤为引人关注。

石墨烯气敏传感器的原理是基于石墨烯的导电性能随着环境气体的变化而变化。

当石墨烯受到气体分子的吸附时，气体分子会在石墨烯表面与石墨烯之间形成一个电位垒，从而影响电子的传输。

因此，在石墨烯上布置了电极，当环境气体变化时，通过检测石墨烯电阻率的变化来实现对气体的检测。

石墨烯气敏传感器在气体检测、环境监测等领域有着广泛的应用前景。

目前，石墨烯气敏传感器的研究已经取得了很多的进展。

其中，石墨烯复合材料是较为热门的研究方向之一。

石墨烯与其他材料如纳米颗粒、有机分子等复合后，能够形成具有更好稳定性和选择性的气敏传感材料。

同时，采用微纳加工技术制备石墨烯气敏传感器也是一种重要的研究方向。

通过制备纳米级的石墨烯电极并在其表面沉积感光材料，可以实现高灵敏度、高选择性和快速响应的气敏传感器。

除了在气体检测领域的应用，石墨烯气敏传感器还具有广泛的应用前景。

例如，在医学领域中，石墨烯气敏传感器被应用于检测人体呼吸中的有害气体分子；在食品安全领域中，石墨烯气敏传感器可以检测食品中的有害气体和化合物，以保障人们的健康；在环境保护领域中，石墨烯气敏传感器可以检测空气和水中的有害污染物，帮助人们监测和控制环境污染。

尽管石墨烯气敏传感器在理论和实验上都已经取得了很多的进展，但是目前仍然存在一些挑战。

例如，石墨烯气敏传感器灵敏度的提高、选择性的增强等方面仍然需要进一步探索。

此外，石墨烯气敏传感器的制备工艺、可靠性等方面也需要不断的改进和完善。

总之，石墨烯气敏传感器在气体检测、环境监测等领域具有很大的应用潜力。

石墨烯气敏传感器的研究不仅有助于提高人们的生活质量，还能够为环境保护、医学等领域的科学研究提供帮助。

随着石墨烯技术的不断发展和完善，相信石墨烯气敏传感器一定会有更为广泛的应用和更好的发展。

石墨烯在传感器技术中的应用前景石墨烯是一种新型的二维材料，具有很多优异的性能，如高导电性、高机械强度、高导热性、高透明性等等。

这些性能使它可以被应用于许多领域，其中传感器技术是最具有应用前景的一个领域之一。

在本文中，我们将详细地探讨石墨烯在传感器技术中的应用前景。

1. 石墨烯基压力传感器压力传感器是一种广泛应用于许多领域的传感器，如汽车、医疗、环境监测等等。

石墨烯具有优异的机械强度，可以被用来制造高灵敏度、高精度的压力传感器。

石墨烯基压力传感器与传统压力传感器相比，具有更好的灵敏度和更高的响应速度。

这让它在制造生物医学器械和环境监测设备等方面有了广泛的应用。

2. 石墨烯基光学传感器光学传感器是指利用光学原理来进行测量和检测的传感器。

石墨烯的优异透明性和高导电性可以被用于制造高灵敏度的光学传感器。

石墨烯基光学传感器在检测微生物、甲醛等有害气体、污染物质等方面有了广泛的应用。

3. 石墨烯基化学传感器化学传感器是用于检测和测量化学物质浓度、气体浓度等的传感器。

石墨烯具有高度的化学稳定性和电子传导性，可以被用来制造高灵敏度、高精度的化学传感器。

石墨烯基化学传感器在检测汽车尾气、空气污染物、药品成分、食品添加剂、病毒等方面有了广泛的应用。

4. 石墨烯基生物传感器生物传感器是指利用生物分子之间的相互作用和反应来进行测量和检测的传感器。

石墨烯具有优异的导电性和高度的生物相容性，可以被用来制造高灵敏度、高精度的生物传感器。

石墨烯基生物传感器在制造生物医学器械、检测生物标志物等方面有了广泛的应用。

5. 石墨烯基热传感器热传感器是一种测量温度变化的传感器，被广泛应用于许多领域，如电子、航空、化工等。

石墨烯具有优异的导热性，可以被用来制造高灵敏度、高精度的热传感器。

石墨烯基热传感器在制造电子元器件、汽车发动机温度检测等方面有了广泛的应用。

6. 石墨烯基气体传感器气体传感器是一种测量气体浓度的传感器，被广泛应用于环境监测、工业生产和生物医疗等领域。

第３４卷　第４期２０１４年８月固体电子学研究与进展ＲＥＳＥＡＲＣＨ　＆ＰＲＯＧＲＥＳＳ　ＯＦ　ＳＳＥ Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．４Ａｕｇ．，２０１４檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸殠殠殠殠射频与微波石墨烯场效应晶体管研究进展＊杨正龙１＊＊　刘芯岩１　卜弋龙１　徐晓黎１　刘永生２（１同济大学材料科学与工程学院，先进土木工程材料教育部重点实验室，上海，２０００９２）（２上海电力学院太阳能研究所，上海，２０００９０）２０１４－０２－０８收稿，２０１４－０４－０４收改稿摘要：制备场效应晶体管的石墨烯主要分三种类型：大面积单层石墨烯、石墨烯纳米带和双层石墨烯片。

文中介绍了这三类石墨烯场效应晶体管器件的研究进展和标志性成果，探讨了石墨烯对于场效应晶体管的影响。

研究认为：与大面积单层石墨烯晶体管相比，由石墨烯纳米带制得的石墨烯场效应晶体管的开关比和电流密度等性能能够大幅度提升，可应用于逻辑电路；与大面积单层石墨烯和石墨烯纳米带相比，双层石墨烯晶体管具有更高的开关比，因此其实际应用的潜力最大。

关键词：石墨烯；场效应晶体管；大面积单层石墨烯；石墨烯纳米带；双层石墨烯片中图分类号：ＴＮ３０４．１；Ｏ６１３．７；ＴＮ３８６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－３８１９（２０１４）０４－０３４５－０５Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　Ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　ＴｒａｎｓｉｓｔｏｒｓＹＡＮＧ　Ｚｈｅｎｇｌｏｎｇ１　ＬＩＵ　Ｘｉｎｙａｎ１　ＢＵ　Ｙｉｌｏｎｇ１　ＸＵ　Ｘｉａｏｌｉ　１　ＬＩＵ　Ｙｏｎｇｓｈｅｎｇ２（１　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｃｉｖｉｌ　ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ　ｏｆ　Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｔｏｎｇｊｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ，２０００９２，ＣＨＮ）（２　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｓｏｌａｒ　Ｅｎｅｒｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ，Ｓｈａｎｇｈａｉ，２０００９０，ＣＨＮ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ　ｆｉｅｌｄ　ｅｆｆｅｃｔ　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ（ＦＥＴ）ａｒｅ　ｍａｉｎｌｙ　ｄｉｖｉｄｅｄ　ｉｎｔｏ　ｔｈｒｅｅ　ｔｙｐｅｓ，ｉ．ｅ．ｌａｒｇｅ－ａｒｅａ　ｍｏｎｏｌａｙｅｒ　ｇｒａｐｈｅｎｅ，ｇｒａｐｈｅｎｅ　ｎａｎｏｒｉｂｂｏｎｓ　ａｎｄ　ｂｉｌａｙｅｒ　ｇｒａｐｈｅｎｅ　ｓｈｅｅｔｓ．Ｉｎ　ｔｈｉｓｒｅｖｉｅｗ，ａ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｓｕｍｍａｒｙ　ｉｓ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ｆｏｒ　ｓｕｃｈ　ｔｈｒｅｅ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ　ＦＥＴ　ｄｕｒｉｎｇｔｈｅ　ｌａｓｔ　ｅｉｇｈｔ　ｙｅａｒｓ．Ｔｈｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｆ　ｇｒａｐｈｅｎｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｉｓ　ａｌｓｏ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ，ａｎｄ　ｉｔ　ｉｓ　ｆｏｕｎｄ　ｔｈａｔ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｌａｒｇｅ－ａｒｅａ　ｇｒａｐｈｅｎｅ，ｔｈｅ　ｇｒａｐｈｅｎｅ　ｎａｎｏｒｉｂｂｏｎｓ　ｂａｓｅｄ　ＦＥＴ　ｈａｓｂｅｔｔｅｒ　ｏｎ／ｏｆｆ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｒａｔｉｏ　ａｎｄ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｅｎｓｉｔｙ，ａｎｄ　ｉｔ　ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　ｌｏｇｉｃ　ｃｉｒｃｕｉｔ，ａｎｄ　ｔｈａｔｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｌａｒｇｅ－ａｒｅａ　ｇｒａｐｈｅｎｅ　ａｎｄ　ｇｒａｐｈｅｎｅ　ｎａｎｏｒｉｂｂｏｎｓ，ｂｉｌａｙｅｒ　ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ　ＦＥＴ　ｈａｓｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｓｔ　ｏｎ／ｏｆｆ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｒａｔｉｏ，ａｎｄ　ｉｔ　ｏｆｆｅｒｓ　ｐｅｒｈａｐｓ　ｔｈｅ　ｇｒｅａｔｅｓｔ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｆｏｒ　ｇｒａ－ｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ　ｆｉｅｌｄ　ｅｆｆｅｃｔ　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇｒａｐｈｅｎｅ；ｆｉｅｌｄ　ｅｆｆｅｃｔ　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ｌａｒｇｅ－ａｒｅａ　ｍｏｎｏｌａｙｅｒ　ｇｒａｐｈｅｎｅ；ｇｒａｐｈｅｎｅ　ｎａｎｏｒｉｂ－ｂｏｎｓ；ｂｉｌａｙｅｒ　ｇｒａｐｈｅｎｅ　ｓｈｅｅｔｓＥＥＡＣＣ：２５００；２５２０Ｍ；２５６０Ｒ＊＊＊基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目（２０１２ＡＡ０３０３０３）；国家自然科学基金资助项目（１１３７４２０４）；上海市科委基础研究重点资助项目（１２ＪＣ１４０８６００，１２ＪＣ１４０４４００）；上海市“曙光计划”项目（Ｎｏ．１３ＳＧ５２）；同济大学大型仪器设备开放测试基金资助项目（２０１２０１４）联系作者：Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｚｈｅｎｇｌｏｎｇ＠ｔｏｎｇｊｉ．ｅｄｕ．ｃｎ引　言近年来，石墨烯以它独特的结构和特性吸引了各领域学者的广泛关注［１］。

场效应晶体管传感器的研究与应用杨佳;张煜杨;刘陈;李佳欣;肖忠良;李丹;张玲;曹忠【摘要】基于场效应晶体管的化学/生物传感器是近年来蓬勃发展的一种新型传感技术,具有输入阻抗高、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、无二次击穿问题、安全工作区域宽等优点.该文介绍了场效应晶体管的基本结构、工作原理、性能参数以及分类,探讨了近几年场效应晶体管化学/生物传感器的研究与应用.【期刊名称】《化学传感器》【年(卷),期】2018(038)002【总页数】11页(P1-11)【关键词】场效应晶体管;分析方法;化学/生物传感器;评述【作者】杨佳;张煜杨;刘陈;李佳欣;肖忠良;李丹;张玲;曹忠【作者单位】长沙理工大学化学与生物工程学院,电力与交通材料保护湖南省重点实验室,微纳生物传感与食品安全检测协同创新中心,湖南长沙 410114;长沙理工大学化学与生物工程学院,电力与交通材料保护湖南省重点实验室,微纳生物传感与食品安全检测协同创新中心,湖南长沙 410114;长沙理工大学化学与生物工程学院,电力与交通材料保护湖南省重点实验室,微纳生物传感与食品安全检测协同创新中心,湖南长沙 410114;长沙理工大学化学与生物工程学院,电力与交通材料保护湖南省重点实验室,微纳生物传感与食品安全检测协同创新中心,湖南长沙 410114;长沙理工大学化学与生物工程学院,电力与交通材料保护湖南省重点实验室,微纳生物传感与食品安全检测协同创新中心,湖南长沙 410114;长沙理工大学化学与生物工程学院,电力与交通材料保护湖南省重点实验室,微纳生物传感与食品安全检测协同创新中心,湖南长沙 410114;长沙理工大学化学与生物工程学院,电力与交通材料保护湖南省重点实验室,微纳生物传感与食品安全检测协同创新中心,湖南长沙 410114;长沙理工大学化学与生物工程学院,电力与交通材料保护湖南省重点实验室,微纳生物传感与食品安全检测协同创新中心,湖南长沙 410114【正文语种】中文0 引言场效应晶体管（FET）简称场效应管，它是一种利用电场效应来控制输出电流大小的半导体器件［1］。

石墨烯是一种具有独特结构和性质的二维碳纳米材料，具有优异的电、热、光学性能，在生物传感器领域具有广泛的应用前景。

本文将介绍石墨烯在生物传感器中的应用，包括石墨烯的结构特性、石墨烯在生物传感器中的应用原理以及石墨烯在生物传感器中的应用研究进展。

二、石墨烯的结构特性石墨烯是一种二维碳纳米材料，由一层厚度仅为0.34nm的碳原子构成，具有独特的结构特性。

石墨烯具有高强度、高导电性、高热导率、高抗拉强度、高抗折强度、高抗热稳定性等特性，可以有效抑制生物分子的氧化反应，并具有良好的生物相容性。

三、石墨烯在生物传感器中的应用原理石墨烯在生物传感器中的应用原理主要是利用其优异的电、热、光学性能，将生物分子与石墨烯结合，形成生物传感器，从而实现对生物分子的检测和分析。

石墨烯的优异性能可以有效抑制生物分子的氧化反应，并具有良好的生物相容性，可以有效提高生物传感器的灵敏度和稳定性。

四、石墨烯在生物传感器中的应用研究进展近年来，石墨烯在生物传感器领域的应用研究取得了显著进展。

研究人员利用石墨烯的优异性能，开发出了多种石墨烯生物传感器，用于检测和分析多种生物分子，如蛋白质、DNA、糖类、抗原等。

例如，研究人员利用石墨烯的优异性能，开发出了一种新型的石墨烯生物传感器，用于检测和分析蛋白质，可以有效提高检测灵敏度和稳定性。

此外，研究人员还利用石墨烯的优异性能，开发出了一种新型的石墨烯生物传感器，用于检测和分析DNA，可以有效提高检测灵敏度和稳五、结论石墨烯是一种具有独特结构和性质的二维碳纳米材料，具有优异的电、热、光学性能，在生物传感器领域具有广泛的应用前景。

近年来，石墨烯在生物传感器领域的应用研究取得了显著进展，可以有效提高生物传感器的灵敏度和稳定性。

未来，石墨烯在生物传感器领域的应用将会得到进一步发展，为生物传感器的研究提供新的思路和方法。

n掺杂石墨烯及其场效应晶体管研究石墨烯（graphene）是一种拥有二维结构的碳材料，每层石墨烯由碳原子通过sp2杂化形成的六角形晶格组成。

由于其独特的结构和优异的电子输运性能，石墨烯在材料科学和纳米电子学领域引起了广泛的关注。

一般情况下，石墨烯是一种零带隙材料，即其导带和价带在费米能级附近相交，使得电子无法被完全禁闭或针对特定应用产生高的载流子浓度。

为了改变石墨烯的导电性质，研究人员通常会往其结构中引入杂原子，其中掺杂氮（N）是应用最广泛的方法之一。

氮原子可以替代碳原子占据石墨烯的晶格位点，形成氮掺杂石墨烯。

氮掺杂石墨烯可以在一定程度上改变石墨烯的导电性质。

一方面，氮原子的引入会导致石墨烯结构中断，破坏了部分π共轭结构，增强了其带隙性能。

这样的氮掺杂石墨烯被称为带隙石墨烯，其导电性能介于传统半导体和金属之间。

另一方面，氮原子的掺杂可以引入额外的电子或空穴，增加了石墨烯的载流子浓度。

这样的氮掺杂石墨烯被称为导电性石墨烯，由于额外的载流子浓度，其导电性能得到显著提高。

在氮掺杂石墨烯的基础上，研究人员开发了场效应晶体管（FET），以进一步实现对石墨烯电子输运的控制。

场效应晶体管是一种通过在半导体材料上利用外接电场调节载流子浓度的电子装置。

在氮掺杂石墨烯上构建的场效应晶体管可以通过引入铝栅极和硅衬底来实现。

研究发现，氮掺杂石墨烯场效应晶体管具有优异的电子性能。

通过调节外加电场，可以实现晶体管的开关效应，即使在室温下也可以实现高电导率和低漏电流。

此外，石墨烯的二维结构使得其表面与底物接触的面积较大，从而使得场效应晶体管具有高灵敏度和快速响应的特性。

除了在电子学应用中的潜在应用，氮掺杂石墨烯场效应晶体管还具有其他许多有趣的特性。

例如，研究人员还发现氮掺杂石墨烯可以作为气敏材料，对环境中的一氧化碳等气体具有高灵敏度。

此外，石墨烯的高载流子迁移率、高光学透明性和强机械柔韧性还为其在光电子学和柔性电子学领域的应用提供了新的可能性。

专利名称：一种基于有机场效应晶体管的柔性压力传感器及其制备方法
专利类型：发明专利
发明人：于军胜,侯思辉,张晓华,邵炳尧
申请号：CN201910810036.9
申请日：20190829
公开号：CN110514327B
公开日：
20220125
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于有机场效应晶体管的柔性压力传感器及其制备方法，所述柔性压力传感器为顶栅底接触式结构，所述柔性压力传感器从下到上依次为衬底、生物材料半导体层、植物介电层、栅电极以及封装层，在所述生物材料半导体层内且在位于所述的衬底上表面上分别设置有源电极以及漏电极所，述生物材料半导体层由生物半导体材料制成，所述植物介电层由植物叶子或者花瓣生物材料制成。

本发明有效杜绝了有毒试剂的使用，同时弹性三维细胞壁网络结构的存在，更容易感应外界的压力，提升了有机场效应管的压力传感响应，实现器件对压力的高灵敏高响应探测以及稳定性。

申请人：电子科技大学
地址：611731 四川省成都市高新区(西区)西源大道2006号
国籍：CN
代理机构：成都弘毅天承知识产权代理有限公司
代理人：轩勇丽
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纳米生物传感器在新型冠状病毒检测中的应用2019新型冠状病毒（2019 novel coronavirus，2019-nCoV）是一种在世界范围内快速传播，具有极强传染性的新型冠状病毒［1］。

因而，快速而准确地早期诊断新型冠状病毒肺炎（COVID-19）尤其重要。

实时荧光逆转录-聚合酶链反应（reverse transcription quantitative polymerase chain reaction，RT-qPCR）是检测2019-nCoV RNA 的“金标准”和确诊2019-nCoV感染的重要病原学证据［2］，但该平台具有检测时间长、便携性差等缺点［3］。

纳米生物传感器是一种将纳米材料与生物传感技术相结合的新型生物检测平台。

近些年，石墨烯、碳纳米管（carbon nanotube，CNT）等纳米材料由于其独特性质，如比表面积高、微尺寸效应和宏观量子隧道效应等［4］，被广泛用于构建高性能纳米生物传感器。

目前，纳米生物传感器已被广泛应用于核酸［4］、蛋白质［5］、葡萄糖［6］、细菌［7］、病毒［8］等的高灵敏检测。

本文概述了纳米生物传感器的工作原理及分类，着重综述了近一年来所报道的各种纳米生物传感器在检测2019-nCoV中的应用。

一、纳米生物传感器的工作原理及分类纳米生物传感器是一种基于纳米技术和生物传感技术，对检测体系中待测物质的浓度或活性进行检测的电子装置。

纳米材料的尺寸既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，因而纳米材料呈现出常规材料不具备的优越性能［4］。

纳米生物传感器将纳米材料作为一种新型生物传感介质，与传统生物传感器相比，体积更小、分析速度更快。

纳米生物传感器通常由3部分构成，即感受器、换能器和检测器［9］。

感受器的主要功能是对靶标物质进行特异性捕获，如抗体对抗原的特异性捕获，受体对配体分子的特异性捕获等。

换能器（如各种电极、光敏管、场效应晶体管等），主要负责将感受器捕获到的特异性生物识别信息转化为易于检测的物理化学信号，如光信号、电信号等。

基于石墨烯材料的pH传感器的研究进展金妍;商兆江;邵可;居家奇【摘要】石墨烯材料因其独特的性质,在电化学检测领域备受关注.介绍了近年来石墨烯材料在pH传感器中的研究进展,主要成果包括石墨烯pH电极、液栅型石墨烯场效应管(SGFET)pH传感器以及顶栅型石墨烯场效应管pH传感器.【期刊名称】《应用技术学报》【年(卷),期】2018(018)004【总页数】5页(P313-316)【关键词】石墨烯;pH传感器;电化学【作者】金妍;商兆江;邵可;居家奇【作者单位】[1]上海应用技术大学理学院,上海201418;[1]上海应用技术大学理学院,上海201418;[2]中冶宝钢技术服务有限公司,上海201941;[1]上海应用技术大学理学院,上海201418;【正文语种】中文【中图分类】TP212.22004年，英国曼彻斯特大学的Geim和Novoselov首次采用机械剥离法，成功制备出单原子层的二维晶体——石墨烯，震撼了物理界[1]。

石墨烯是由纯碳原子组成的六元环平面结构构成的二维材料，是其他维数碳材料(富勒烯、碳纳米管和石墨等)的构筑单元。

因其独特的物理化学性质，如大理论比表面积、高机械强度、高电导率、良好的生物兼容性及易功能化等，石墨烯成为电化学传感器的理想材料，其在传感器领域的应用也得到了越来越多的关注。

作为传感器的一个重要分支，pH传感器在工农业生产、环境分析、医药卫生和食品安全等诸多领域具有非常重要的作用。

pH传感器按照检测原理可分为以下3类：pH电极、光纤pH传感器和离子敏场效应式(ISFET)pH传感器。

(1) pH电极基于电位式检测原理，通过测量工作电极和参比电极间的电位差，来计算溶液的pH。

目前已有的pH电极包括pH玻璃电极、氢电极、醌氢醌电极、基于有机聚合物薄膜的pH电极和基于金属/金属氧化物的pH电极等，其中最常用的是pH玻璃电极，能够精确检测pH。

氢电极作为一种气体电极，在实际应用中使用很少，常被用于其他电极的标准电极电位的测定中。