[发明专利]纳流控场效应管及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种纳流控场效应管及其制备方法和应用，涉及纳流控与电化学技术领域，包括：纳米孔道内表面带有正电荷的第一纳米多孔膜、纳米孔道内表面带有负电荷的第二纳米多孔膜和电极；第二纳米多孔膜的两个表面分别结合第一纳米多孔膜，或，第一纳米多孔膜的两个表面分别结合第二纳米多孔膜，构建具有NPN或PNP结构的纳流控场效应管。本发明利用纳米通道的离子选择性传输特性，并结合门电位控制来改变部分纳米通道表面电荷密度来实现低门电位条件下的信号放大，解决了现有场效应管无法实现高离子强度下检测问题，并成功实现纳米通道离子电流信号的Sigmoid响应，可做为可控的单元组件用于后续的逻辑控制和人工神经网络的开关组件。

技术领域

本发明涉及纳流控与电化学技术领域，尤其是涉及一种纳流控场效应管及其制备方法和应用。

背景技术

现有的场效应管分析装置都是基于固态半导体构建的，在分析检测中利用场效应管的电流放大效应来放大物质的信号从而实现低浓度物质的检测。随着二维纳米材料的发展，场效应管小型化问题得到解决，并逐步在可穿戴检测装置中得到应用。

但是，场效应管的信噪比与自身的动态响应范围呈反比，也即是当场效应管的动态检测范围增大时，其检测信号的信噪比下降。因此，为保证场效应管的信噪比，通常需要限定场效应管的动态响应范围。而且为获得足够的响应信号，必须考虑场效应管的双电层的尺寸的问题，也即是当检测物质的尺寸与场效应管的尺寸相当时，场效应管才能获取足够的响应信号，这进一步限制了场效应管在高离子强度下的检测应用，尤其是在生物样品的检测中，因为高离子强度导致场效应管的双电层厚度下降到1纳米左右，进而削弱了场效应管的检测信号，从而导致其检测的精度下降，通常的解决办法是采用聚合电解质来修饰场效应管，来提高其在高离子强度下响应特性，但是聚合电解质修饰导致了另一个问题，也就是电流放大效率问题，聚合电解质修饰之后的场效应管需要在较高的门电位下(20V)才能获得较高电流放大效率。而这么高的门电位不能用于生物分子检测，尤其蛋白质的检测。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种纳流控场效应管，利用纳米通道的离子选择性传输特性，并结合门电位控制来改变部分纳米通道表面电荷密度来实现低门电位条件下的信号放大。

本发明的目的之二在于提供一种纳流控场效应管的制备方法。

本发明的目的之三在于提供一种纳流控场效应管或制备人工神经网络开关器件在生物分子检测中的应用。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种纳流控场效应管，包括：第一纳米多孔膜、第二纳米多孔膜和电极；所述第一纳米多孔膜中纳米孔道内表面带有正电荷，所述第二纳米多孔膜中纳米孔道内表面带有负电荷；所述电极包括门电极和驱动电极；

所述第二纳米多孔膜的两个表面分别结合所述第一纳米多孔膜，所述第二纳米多孔膜上设有所述门电极；或，所述第一纳米多孔膜的两个表面分别结合所述第二纳米多孔膜，所述第一纳米多孔膜上设有所述门电极，构建具有NPN或PNP结构的纳流控场效应管。

进一步的，所述第一纳米多孔膜为修饰的PET纳米多孔膜、修饰的PC纳米多孔膜或聚苯胺膜，优选为PET纳米多孔膜。

进一步的，所述第二纳米多孔膜为Nafion膜或未修饰的PET纳米多孔膜。

进一步的，所述第一纳米多孔膜中纳米孔道的尺寸为20-50nm；所述第一纳米多孔膜的厚度为10-50μm；

所述第二纳米多孔膜中纳米孔道的尺寸为20-50nm；所述第二纳米多孔膜的厚度为10-50μm。

进一步的，采用导电银胶将导线从第二纳米多孔膜上引出，形成门电极；或，采用导电银胶将导线从第一纳米多孔膜上引出，形成门电极；