本發(fā)明涉及太赫茲，尤其涉及一種基于石墨烯的橄欖球型太赫茲生化傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、太赫茲波指的是頻率范圍在0.1thz至10thz之間的電磁波，對應(yīng)的波長位于30μm至3mm之間，處于電磁波譜中介于微波和紅外光之間的位置。由于其在電磁波譜中的特殊地位，成為連接電子學(xué)和光子學(xué)兩大學(xué)科領(lǐng)域的橋梁。尤其，太赫茲波具有光子能量較低、穿透性高、指紋譜等特性，在生化傳感檢測領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用空間。例如，化學(xué)物質(zhì)咪鮮胺，屬咪唑類殺菌劑，對多種作物子囊菌和半知菌危害有顯著防效，可防治禾谷類作物、大田作物、果樹、蔬菜等的許多病害，運(yùn)用太赫茲波檢測可以克服傳統(tǒng)檢測方法無法有效檢測其濃度的局限性。因此，太赫茲波已成為近年來備受各國政府、企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)重視的資源。

2、目前，常規(guī)太赫茲生化檢測技術(shù)存在靈敏度低、樣品用量多等弊端，并且在實(shí)際應(yīng)用中存在局限性、成本高以及安全性較差，無法為生化分子研究提供有力地支持。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于石墨烯的橄欖球型太赫茲生化傳感器及其制備方法，用以克服靈敏度低、樣品用量多的弊端，提高太赫茲生物檢測的靈敏度、安全性和應(yīng)用潛力，為生化分子研究提供有力地支持。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種基于石墨烯的橄欖球型太赫茲生化傳感器，所述太赫茲生化傳感器包括：

3、石英基底層；

4、下介質(zhì)層，旋涂10μm厚的聚酰亞胺膜，設(shè)置在所述石英基底層的上表面；

5、橄欖球型金屬諧振層，利用磁控濺射技術(shù)設(shè)置于所述下介質(zhì)層的上表面，結(jié)構(gòu)材料為金屬金；

6、上介質(zhì)層，設(shè)置于所述橄欖球型金屬諧振層的上表面，其為一層5μm厚聚酰亞胺；

7、三層石墨烯層，設(shè)置于所述上介質(zhì)層的上表面。

8、第二方面，本發(fā)明提供了基于石墨烯的橄欖球型太赫茲生化傳感器制備方法，所述方法包括：

9、步驟1、清潔石英基片；

10、步驟2、旋涂10μm厚的聚酰亞胺作為下介質(zhì)層，放置于石英基片上；

11、步驟3、在下介質(zhì)層上旋涂az5214光刻膠；

12、步驟4、使用所設(shè)計的橄欖球型掩模板進(jìn)行曝光處理；

13、步驟5、放置于顯影液中顯影，隨后加熱板上烘干；

14、步驟6、利用磁控濺射技術(shù)在下層表面上沉積200nm金屬金；

15、步驟7、將上述試樣浸泡于丙酮中，剝離殘留光刻膠，形成橄欖球型金屬諧振層；

16、步驟8、在橄欖球型金屬諧振層上方旋涂一層5μm厚的聚酰亞胺作為上介質(zhì)層；

17、步驟9、轉(zhuǎn)移三層石墨烯至上介質(zhì)層上方作為三層石墨烯層。

18、可選地，所述步驟1包括：

19、切割規(guī)格10mm×10mm大小，厚度為500μm石英基片；將石英基底置于丙酮、酒精中超聲清洗15分鐘后，置于去離子水中重復(fù)3-5次清洗15分鐘。

20、可選地，所述步驟2包括：將粘度為3600厘泊的聚酰亞胺溶液旋涂在清潔后的石英片上，；旋涂后將樣品置于真空干燥箱中進(jìn)行固化，溫度依次為120℃、200℃和230℃，烘烤時間均為1小時；隨后將溫度升至250℃，烘烤2小時；待樣品自然冷卻至室溫后取出，固化過程完成。

21、可選地，所述步驟3包括：

22、在已制備好的下介質(zhì)層上繼續(xù)旋涂1μm后的反轉(zhuǎn)光刻膠az5214，將樣品放置于95℃下烘烤90秒。

23、可選地，所述步驟4包括：

24、將石英基片與對應(yīng)掩模板貼緊，設(shè)置曝光時間為4.5秒，光強(qiáng)為9.8；待曝光完成后，進(jìn)行反轉(zhuǎn)烘烤，烘烤時間為1分鐘，溫度為110℃；隨后進(jìn)行無掩模板曝光，曝光時間為45秒；待第二次曝光完成，將樣本靜置5分鐘。

25、可選地，所述步驟5包括：

26、利用3038顯影液對樣品進(jìn)行顯影，顯影時間為45秒；顯影后用去離子水漂洗3次，氮?dú)獯蹈?，最后使用去膠機(jī)去除殘余光刻膠，200w處理3分鐘。

27、可選地，所述步驟7包括：

28、將樣品放置于丙酮溶液中超聲清洗，清洗時間為30分鐘，隨后用異丙醇和去離子水進(jìn)行清洗。

29、可選地，所述步驟9包括：

30、將三層石墨烯轉(zhuǎn)移到去離子水中，然后沉積到上介質(zhì)層上并風(fēng)干30分鐘；隨后將傳感器置于烤盤上，在逐漸升至100度的條件下烘烤30分鐘；最后取出傳感器，冷卻5分鐘至室溫后，浸泡在純丙酮中10分鐘，然后換至新的純丙酮中再泡30分鐘。

31、本發(fā)明提供的技術(shù)方案中，該太赫茲生化傳感器包括石英基底層；下介質(zhì)層，旋涂10μm厚的聚酰亞胺膜，設(shè)置在石英基底層的上表面；橄欖球型金屬諧振層，利用磁控濺射技術(shù)設(shè)置于所述下介質(zhì)層的上表面，結(jié)構(gòu)材料為金屬金；上介質(zhì)層，設(shè)置于橄欖球型金屬諧振層的上表面，其為一層5μm厚聚酰亞胺；三層石墨烯層，設(shè)置于上介質(zhì)層的上表面，該太赫茲生化傳感器將石墨烯與超表面集成，設(shè)計實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用于生化農(nóng)學(xué)檢測的超靈敏太赫茲傳感器，簡便的操作特點(diǎn)和超靈敏特性使其在檢測痕量量級物質(zhì)中具備廣泛的應(yīng)用潛力，克服了傳統(tǒng)生化檢測技術(shù)靈敏度低、樣品用量多等弊端，可實(shí)現(xiàn)快速、簡便、低成本、高安全性、超靈敏檢測，為生化分子研究提供有力支持。

技術(shù)特征：

1.一種基于石墨烯的橄欖球型太赫茲生化傳感器，其特征在于，所述太赫茲生化傳感器包括：

2.一種基于石墨烯的橄欖球型太赫茲生化傳感器制備方法，其特征在于，所述方法包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟1包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟2包括：將粘度為3600厘泊的聚酰亞胺溶液旋涂在清潔后的石英片上，；旋涂后將樣品置于真空干燥箱中進(jìn)行固化，溫度依次為120℃、200℃和230℃，烘烤時間均為1小時；隨后將溫度升至250℃，烘烤2小時；待樣品自然冷卻至室溫后取出，固化過程完成。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟3包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟4包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟5包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟7包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟9包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及太赫茲技術(shù)領(lǐng)域，尤其是提供了一種基于石墨烯的橄欖球型太赫茲生化傳感器及其制備方法。該太赫茲生化傳感器包括石英基底層；下介質(zhì)層，設(shè)置于石英基底層的上表面；橄欖球型金屬諧振層，利用磁控濺射技術(shù)設(shè)置于下介質(zhì)層的上表面；上介質(zhì)層，設(shè)置于橄欖球型金屬諧振層的上表面；三層石墨烯層，設(shè)置于上介質(zhì)層的上表面，該太赫茲生化傳感器將石墨烯與超表面集成，設(shè)計實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用于生化農(nóng)學(xué)檢測的超靈敏太赫茲傳感器，簡便的操作特點(diǎn)和超靈敏特性使其在檢測痕量量級物質(zhì)中具備廣泛的應(yīng)用潛力，克服了傳統(tǒng)生化檢測技術(shù)靈敏度低、樣品用量多等弊端，可實(shí)現(xiàn)快速、簡便、低成本、高安全性、超靈敏檢測，為生化分子研究提供有力支持。

技術(shù)研發(fā)人員：王彤靈,吳長順,楊茂生,鄭文靜,王鳴堯,英琪玉,李仔奇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10