[发明专利]一种基于激光诱导石墨烯的全碳有机电化学晶体管制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种基于激光诱导石墨烯的有机电化学晶体管的制备方法，设计并制造了基于LIG电极的全碳柔性高性能OECT。由于LIG的多孔结构，所获得的OECT的归一化跨导高达31S cmsupgt;‑1/supgt;。所获得的高性能优于在Au基OECT中所获得的性能。在器件形状变形后，可以保持高性能。此外，基于LIG的OECT具有比基于Au的OECT高得多的循环稳定性。此外，还证明了实现对Hsubgt;2/subgt;Osubgt;2/subgt;和葡萄糖的灵敏检测。通过将基于LIG的OECT集成在微流体芯片中，还可以获得可穿戴的汗液传感器，有望实时无创地监测汗液葡萄糖。

技术领域

本发明涉及一种生物传感，具体涉及一种基于激光诱导石墨烯的有机电化学晶体管的制备方法及其应用。

背景技术

有机电化学晶体管(OECT)自1984年发明以来，在化学传感和生物电子学领域引起了越来越多的关注。OECT由源极、漏极和栅电极组成，源极和漏极由有机半导体连接，也称为沟道。在传感过程中，分析物在栅极表面上发生电化学、催化或酶促反应，产生电信号，该电信号被转换为放大的漏极电流。重要的是，OECT与溶液相容，在化学和生物传感方面尤其有利。此外，OECT可以在低电压(例如＜1V)下稳定运行。这些优势使OECT成为许多传感场景中的完美选择。

如今，柔性和便携式传感器正在被广泛研究，以满足现代生活方式中日益增长和复杂的需求。为了扩展OECT的应用，开发具有高度灵活性的替代品是必要的，也是迫切的。传统上，OECT被制造在刚性表面上，并且通常使用刚性金电极。为了增加柔性，需要在柔性表面上制造OECT，并且需要用柔性电极代替刚性金电极。碳纳米管、根银纳米线、根石墨烯、和MXene已被用作柔性电极，用于制造柔性OECT。然而，制造过程是复杂的，精确控制OECT的尺寸和沟道宽度是具有挑战性的。此外，这些电极中的一些在化学和/或机械上不稳定，限制了它们的实际应用。因此，迫切需要具有高性能和低成本的柔性OECT。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供具有低成本柔性全碳有机电化学晶体管的制备方法及应用。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种基于激光诱导石墨烯的有机电化学晶体管的制备方法，使用十二烷基苯磺酸(DBSA)为表面活性剂使聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT：PSS)与多孔LIG电极有效结合；制作成的全碳柔性有机电化学晶体管(LIG-OECT)，通过在多孔的LIG栅极表面修饰铂纳米颗粒(PtNPs)与葡萄糖氧化酶(Gox)实现H₂O₂与葡萄糖的灵敏传感。

优选的，具体的LIG-OECT的通道尺寸为4mm(w)×500μm(l)×500nm(d)。

优选的，高柔性(弯曲，扭转)，高稳定性(8000次循环)，高归一化跨导31cm S^-1

有益效果：

(1)通过使用LIG作为电极来制造全碳OECT。整个制造过程非常简单、廉价且可控，因此在大面积生产中很有前景。由于LIG电极的高孔隙率和导电性，在基于LIG的OCET中实现了31S cm^-1的高归一化跨导。此外，所采用的LIG和PEDOT:PSS具有高的化学稳定性，并且基于LIG的OECT具有高的灵活性。这些性能优于基于传统刚性金电极的OECT中观察到的性能。基于LIG的OECT对过氧化氢(H₂O₂)和葡萄糖的检测非常敏感。该OECT设备还可以在与微流体芯片集成后附着在人体皮肤上，用于实时监测汗液葡萄糖。本发明为高性能OECT的制造开发了一种简单且经济高效的方法，该方法可能在化学和生物传感中找到有前景的应用。