[发明专利]一种线阵ZnO纳米线异质结LED生物传感器及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物传感器及制备方法领域，具体为一种线阵ZnO纳米线异质结LED生物传感器及制备方法。

背景技术

ZnO拥有纤锌矿六角结构，具有非中心对称压电性，在室温下ZnO具有宽禁带（3.3 eV）半导体特性，其激子束缚能为60 meV，可实现室温下稳定的激子发射（电子和空穴之间强的库伦作用的结果导致了光谱中紫外区的增强的辐射跃迁）和能带工程的实现来构造低晶格失配的载流子层和量子阱结构，因此是有希望替代应用的作为高效率紫外光发射器件。半导体ZnO纳米线被成功组装成不同类型的纳米器件，如纳米线场效应晶体管、纳米线激光器、纳米线传感器和纳米线LED。然而，大面积ZnO衬底的商业可用性和湿刻的可能性使得制备ZnO器件有着诱人的前景，因为它使得用一个简单的方法制备低位错密度垂直结构器件成为了可能。然而，p-ZnO的天然不存在性和难以制备性使得研究者开始寻找另外的p型材料（例如p-SrCu₂O₂, p-GaN, p-AlGaN and p-Si）来制备紫外光发射器件，GaN与ZnO具有较小的晶格失配，采用水热的方法可以在p-GaN层上制备002择优取向、晶体质量高的ZnO纳米线序列。基于如何提高P-GaN/ZnO纳米线蓝紫色LED发射效率已经有不少相关的报道。然而，如何利用ZnO的压电性和光学性质相结合实现生物分子的传感是研究的核心问题所在。

发明内容

本发明的目的是提供一种线阵ZnO纳米线异质结LED生物传感器及制备方法，以实现生物分子无标、快速、高灵敏度检测的目的。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种线阵ZnO纳米线异质结LED生物传感器，其特征在于：包括有蓝宝石衬底，蓝宝石衬底上外延p型GaN层，p型GaN层上制备阵列化n型ZnO纳米线，阵列化纳米线间隙采用PMMA或者parylene材料填充，阵列化纳米线顶部沉积有ITO低阻导电薄膜，构成p型GaN-n型ZnO纳米线阵列异质结LED；在ITO低阻导电薄膜表面修饰有蛋白质及固定有抗体,蛋白质及抗体作为传感器的一部分，蛋白质用于抗体固定，抗体用于生物分子的特异性识别，其中ITO低阻导电薄膜表面制备有In金属引出电极，以Ni/Au合金作为p型GaN层电极。

所述的一种线阵ZnO纳米线异质结LED生物传感器，其特征在于：所述ITO低阻导电薄膜表面上通过微流控通道引入修饰2抗的磁珠作为探测信号的放大，利用磁分离技术实现生物分子的探测，其具体实现过程为：

（1）、待检测物引入线阵ZnO纳米线异质结LED芯片表面，此时线阵ZnO纳米线异质结LED处于正向偏压状态，漂移电场促使载流子在结区有辐射复合；

（2）、在步骤（1）所述条件下可以实现线阵ZnO纳米线异质结LED光强面扫描，此时可在带CCD光学显微镜下即可实现面阵像元成像；

（3）、引入2抗修饰的磁珠实现特异性识别；

（4）、缓冲液引入，冲掉非特异性吸附的磁珠；

（5）、引入匀强磁场， 磁力使特异性吸附有磁珠的n型ZnO纳米线/p型GaN异质结能带结区弯曲，在一定的漂移电场下造成结区载流子辐射复合的增强，即在CCD中可捕捉到纳米线顶部吸附有磁珠的像元发光的增强；

（6）、在步骤（5）所述的条件下进行线阵LED光强重复扫描； 

（7）、通过线阵LED光强比对，建立检测物浓度与光强相对值之间的对应关系，通过调节磁场强度可实现更高灵敏度的探测。

一种线阵ZnO纳米线异质结LED生物传感器的制备方法，其特征在于： 包括以下步骤：

（1）、在蓝宝石衬底上首先采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）的方法沉积本征GaN缓冲层以减小外延p型GaN层的应力，接着在GaN缓冲层上外延高质量 p型GaN层，其中p型GaN层具有较高的质量，空穴浓度大于3.0 × 10¹⁷ cm^-3，迁移率大于10 cm²V^-1 s^-1；通过超声波清洗机利用丙酮、乙醇、去离子水对蓝宝石衬底上的p型GaN外延层处理5分钟后，采用氮气吹干；接着在100°C用热板对基片烘烤2分钟以去除表面吸附的水分子，最后用功率为120W的氧等离子体处理5分钟；