一种现场快速检测黄曲霉毒素B1的FET传感芯片及其制备方法、便携设备与流程

本发明涉及生物检测领域，尤其涉及一种现场快速检测黄曲霉毒素b1的fet传感芯片及其制备方法、便携设备。

背景技术：

1、黄曲霉毒素b1(afb1)是由黄曲霉真菌产生的、最常见的一类有毒化合物。afb1除了广泛存在于谷物、坚果类等食品当中，还被世界卫生组织(who)的癌症研究机构划分为1类致癌物，因此对人类具有极大的危害性。我国国家标准当中明确了黄曲霉毒素的限量标准，既在粮食和食品加工原料中，afb1限量标准为5ppb(μg/kg)。对于其他食品中的afb1虽然有不同的限量标准，但基本都是5μg/kg左右，其中对食用油的限量标准甚至为2μg/kg。由此可见，无论是从对生活质量的高需求还是保障食品安全方面来看，对于食品中黄曲霉毒素的检测需求变得十分迫切。

2、当前针对afb1较主流的检测方法包括高效液相色谱法、气相色谱法、酶联免疫吸附测定法、质谱法和电化学传感器技术等，这些方法普遍存在操作复杂、灵敏度差的问题。色谱和质谱检测法为了实现准确的分离和检测，需要用到多种检测设备、熟悉的进样操作以及需要长时间的检测时间；而酶联免疫吸附测定法除了需要较高成本以外，整体检测时间同样较长，且动态检测范围优先；而电化学传感器技术具有高灵敏度、快速响应和操作简便的优势从中脱颖而出，能够有效改善目前普遍的检测方式存在的缺陷。

3、但电化学传感器也存在一些潜在的缺陷和限制，比如特异性和抗干扰能力较差。因此不少研究通过使用特异性更强的识别元件(例如单克隆抗体、核酸探针等)以增加检测设备的检测可靠性，但这无疑会显著影响检测设备的灵敏度，如此一来电化学传感器检测灵敏的优势便不复存在。除此之外，为了满足电化学检测的结果全面性及准确性，电化学传感器普遍需要依赖较大的检测器械，这一缺陷便直接导致了其无法应用于现场检测；而较小的检测设备往往仅适用于简单的实验或基础研究。

4、因此，本领域的技术人员致力于开发一种一种现场快速检测黄曲霉毒素b1的fet传感芯片及其制备方法、便携设备，以解决特异性和灵敏度两者无法很好地兼顾、操作复杂和体积大无法便携使用等问题。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是在兼顾特异性和灵敏度情况下，操作简单、便携的快速检测黄曲霉毒素b1。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种现场快速检测黄曲霉毒素b1的fet传感芯片及其制备方法，在多种杂质存在的复杂环境下也能实现对黄曲霉毒素b1的超灵敏、超快速检测。

3、在本发明的较佳实施方式中，提供一种用于现场快速检测黄曲霉毒素b1的fet传感芯片，包括碳纳米管基片、在基底表面制备8个检测黄曲霉毒素b1的fet传感器、在基底底部外接电极延伸电路板；

4、其中，检测黄曲霉毒素b1的fet传感器依次包括：

5、碳纳米管构成的沟道层；

6、位于沟道层两侧并分隔开的源极和漏极；

7、位于沟道层上方，并且位于源极与漏极之间的介电层；

8、位于介电层上方的贵金属纳米颗粒，作为连接物质；以及位于连接物质上层的生物物质，作为识别元件。

9、进一步地，碳纳米管构成的沟道层厚度为1nm～2nm之间。

10、进一步地，源极与漏极为ti/pd/au电极，厚度为70nm～80nm之间。

11、进一步地，介电层为氧化钇介电层，其厚度在3nm～9nm之间。

12、进一步地，所述贵金属纳米颗粒为金纳米颗粒，其尺寸在3nm～5nm之间。

13、进一步地，金纳米颗粒上连接核酸适配体作为识别元件，其高度在2nm～12nm之间。

14、进一步地，所述检测黄曲霉毒素b1的fet传感器芯片在工作时设置源漏电压为-0.1v，并且被设置成在室温25℃下检测黄曲霉毒素b1。

15、进一步地，基底上制备8个检测黄曲霉毒素b1的fet传感器以中心围绕型分布，并且该8个传感器使用同一个漏极，便于芯片集成。

16、在本发明的另一较佳实施方式中，实现前述用于现场快速检测黄曲霉毒素b1的fet传感芯片的制备方法，包括步骤：

17、步骤1、清洗碳纳米管基片；

18、步骤2、在碳纳米管薄膜基片上形成fet型传感器的源极和漏极，通过蒸镀工艺在薄膜基片上分别制备一定厚度的ti/pd/au源极和漏极，形成碳纳米管薄膜-电极基片；所述ti/pd/au源极和漏极的厚度控制在70nm～80nm；

19、步骤3、对碳纳米管薄膜-电极基片进行刻蚀，在保留沟道区域外，刻蚀去除多余的碳纳米管；

20、步骤4、在去除多余碳纳米管的8个fet沟道上制备氧化钇介电层；所述氧化钇介电层的厚度控制在3nm～9nm；

21、步骤5、在氧化钇介电层表面，并且在源极和漏极之间蒸镀贵金属纳米颗粒作为连接物质；所述贵金属连接物质为金纳米颗粒；所述金纳米颗粒连接物质的尺寸控制在3nm～5nm；

22、步骤6、通过外接电路板将8个fet型传感器的源极和漏极进行延伸；

23、步骤7、在沟道表面修饰针对黄曲霉毒素b1的核酸适配体作为识别元件；

24、步骤8、对沟道表面的非特异性位点进行封闭，至此制备得到用于现场快速检测黄曲霉毒素b1的fet传感芯片。

25、此外，本发明还有一种实施方式，提供了一种插入式便携设备，可插入前述的用于现场快速检测黄曲霉毒素b1的fet传感芯片，具有加样口，电源接口和设备监测屏；其工作原理为：当含有黄曲霉毒素b1的样品滴加到加样口并施加电场时，样品中的黄曲霉毒素b1与芯片中核酸适配体发生结合并发生构象变化，进一步改变近沟道附近的电场情况而被精准检测；随着样品的添加，电流输出直接反应到设备监测屏中。

26、本发明采用了特异性识别元件突出了特异性，采用了碳纳米管作为沟道材料保证了灵敏度，采用了fet型传感器实现了芯片集成，采用了核酸适配体作为识别元件与fet型传感器结合技术可以兼顾灵敏度和特异性，可以在多种杂质存在的环境下实现对黄曲霉毒素b1的超灵敏、超快速检测。

27、技术效果

28、以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

技术特征：

1.一种用于现场快速检测黄曲霉毒素b1的fet传感芯片，其特征在于，包括碳纳米管基片、在基底表面制备8个检测黄曲霉毒素b1的fet传感器、在基底底部外接电极延伸电路板；

2.如权利要求1所述的用于现场快速检测黄曲霉毒素b1的fet传感芯片，其特征在于，所述碳纳米管构成的沟道层厚度为1nm～2nm之间。

3.如权利要求1所述的用于现场快速检测黄曲霉毒素b1的fet传感芯片，其特征在于，所述源极与漏极为ti/pd/au电极，厚度为70nm～80nm之间。

4.如权利要求1所述的用于现场快速检测黄曲霉毒素b1的fet传感芯片，其特征在于，所述介电层为氧化钇介电层，其厚度在3nm～9nm之间。

5.如权利要求1所述的用于现场快速检测黄曲霉毒素b1的fet传感芯片，其特征在于，所述贵金属纳米颗粒为金纳米颗粒，其尺寸在3nm～5nm之间。

6.如权利要求5所述的用于现场快速检测黄曲霉毒素b1的fet传感芯片，其特征在于，所述金纳米颗粒上连接核酸适配体作为识别元件，其高度在2nm～12nm之间。

7.如权利要求1所述的用于现场快速检测黄曲霉毒素b1的fet传感芯片，其特征在于，所述检测黄曲霉毒素b1的fet传感器芯片在工作时设置源漏电压为-0.1v，并且被设置成在室温25℃下检测黄曲霉毒素b1。

8.如权利要求1所述的用于现场快速检测黄曲霉毒素b1的fet传感芯片，其特征在于，所述基底上制备8个检测黄曲霉毒素b1的fet传感器以中心围绕型分布，并且该8个传感器使用同一个漏极，便于芯片集成。

9.一种如权利要求1-8中任一用于现场快速检测黄曲霉毒素b1的fet传感芯片的制备方法，其特征在于，包括步骤：

10.一种插入式便携设备，其特征在于，可插入如权利要求1-8所述的用于现场快速检测黄曲霉毒素b1的fet传感芯片，具有加样口，电源接口和设备监测屏；其工作原理为：当含有黄曲霉毒素b1的样品滴加到加样口并施加电场时，样品中的黄曲霉毒素b1与芯片中核酸适配体发生结合并发生构象变化，进一步改变近沟道附近的电场情况而被精准检测；随着样品的添加，电流输出直接反应到设备监测屏中。

技术总结
本发明公开了一种用于现场快速检测黄曲霉毒素B1的FET传感芯片及制备方法、便携设备。传感芯片包括包括：碳纳米管基片；在基底表面制备8个黄曲霉毒素B1的FET传感器；在基底底部外接电极延伸电路板；其中，检测黄曲霉毒素B1的FET传感器依次包括：碳纳米管构成的沟道层；位于沟道层两侧并分隔开地源极和漏极；位于沟道层上方，并且位于源极与漏极之间的介电层；位于介电层上方的贵金属纳米颗粒，作为连接物质；以及位于连接物质上层的生物物质，作为识别元件。本发明采用FET型传感器实现了芯片集成，采用核酸适配体作为识别元件与FET型传感器结合技术可以兼顾灵敏度和特异性，可以在多种杂质存在的环境下实现对黄曲霉毒素B1的超灵敏、超快速检测。

技术研发人员：孙中化,路美玲
受保护的技术使用者：未名碳芯传感生物技术（北京）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25