基于C-MEMS/NEMS的葡萄糖浓度检测器件的研究

摘要

Carbon-MEMS(C-MEMS)工艺以光刻胶作为有机前驱物,通过热解成碳工艺即可制备具有良好生物兼容性、优良导电特性、较大比表面积的碳柱电极阵列,可作为高性能的敏感元件或者电极应用于传感器、超级电容、微电池等领域。同时,纳米材料因其独特的物理、化学性质,被广泛应用于生物传感器的构造和生物芯片的开发等。基于纳米材料修饰的电化学生物传感器表现出较好的性能,如较大的电流响应、较高的灵敏度和较宽的检测限。因此,本文主要研究将纳米材料集成在C-MEMS结构中,制作基于C-MEMS/NEMS的葡萄糖浓度探测器件。
　　本研究首先开发和优化碳微纳集成工艺,通过在SU8负胶中混合碳纳米管(CNTs)、金属催化、碳辅助生长等方法,分别将单壁碳纳米管(SWNTs)、多壁碳纳米管(MWNTs)、氧化硅(SiO2)纳米线和硅氧氮(SiOxNy)纳米线集成在C-MEMS结构上,制备出C-MEMS/MWNTs、C-MEMS/SWNTs、C-MEMS/SiO2、C-MEMS/SiOxNy四种微纳集成结构,提出SiO2和SiOxNy纳米线在碳柱上的生长机理,研究了集成结构的电学和电化学特性,对比和讨论了不同微纳集成结构的优缺点。
　　本研究进一步开发和优化了基于C-MEMS/NEMS的葡萄糖浓度检测器件的制备工艺,通过电化学反应将吡咯分子单体聚合成为聚吡咯(PPy)薄膜,同时将葡萄糖氧化酶(GOD)包埋其中,分别制作出C-MEMS-PPy/GOD、C-MEMS/SWNTs-PPy/GOD、C-MEMS/SiO2-PPy/GOD三种电极,并在不同浓度葡萄糖溶液中进行电流响应测试,就响应曲线的线性度、敏感度、检测范围等与现有研究成果进行对比,证明基于C-MEMS/NEMS的葡萄糖浓度检测器件与传统葡萄糖传感器相比在灵敏度上得到数量级的提高,将有望在葡萄糖浓度检测领域获得大规模应用。

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1 选题背景

1.1课题来源

1.2葡萄糖生物传感器的研究与发展

1.3基于C-MEMS的葡萄糖生物传感器的研究与进展

1.5论文主要内容

2 C-MEMS/NEMS集成结构的研究开发

2.1 C-MEMS结构的制备工艺

2.4 C-MEMS/SiOxNy集成结构的制备与表征

2.5 本章小结

3基于C-MEMS/NEMS的葡萄糖浓度检测器件的研究

3.2 C-MEMS-PPy/GOD电极对葡萄糖溶液的电流响应

3.3 C-MEMS/SWNTs-PPy/GOD电极对葡萄糖溶液的电流响应

3.4 C-MEMS/SiO2-PPy/GOD电极对葡萄糖溶液的电流响应

3.5 不同电极性能比较

4 结论与展望

4.1本文结论

4.2工作展望

致谢

参考文献

附 录 攻读硕士期间发表的论文