基于化学气相沉积石墨烯的传感器的研究进展

作为一种二维碳原子层材料,石墨烯(Graphene,G)具有优异且独特的力学、电学、光学和热学等性质,在传感检测等领域具有巨大的发展潜力和广阔的应用前景.基于石墨烯材料的传感器具有灵敏度高、响应快、成本低、稳定性好等优点.化学气相沉积(Chemical vapor deposi-tion,CVD)因其优异的可控性和可扩展性而被认为是制备大面积、高质量石墨烯薄膜的有效方法,而且CVD石墨烯薄膜适用于场效应晶体管的制造工艺,因此被广泛应用于物理、化学和生物等传感领域.本文介绍了近年来CVD石墨烯应用于传感检测领域的研究进展,包括制备技术、转移方法、传感特性以及在物理、化学、生物等传感领域的应用,并简要分析了基于CVD石墨烯的传感器所面临的困难与挑战.     

宁波材料所在新型双电层薄膜晶体管领域取得新进展

近年来,双栅薄膜晶体管由于其具有可控的阈值电压调节特性,在化学及生物传感器领域引起了广泛的研究兴趣。然而,传统的双栅晶体管都是基于一种典型的三明治结构,半导体沟道被两层栅介质夹在中间,其实质上可以看做是一个底栅晶体管和顶栅晶体管的共用沟道复合晶体管。国际上一些研究小组已经相继报道了双栅晶体管在湿度传感、pH值传感、病毒生物分子     

二维材料MXenes在传感领域的应用研究进展

二维(2D)材料MXenes独特的结构、组成和物理化学特性,使其成为继石墨烯之后2D材料研究领域又一种"明星"材料.MXenes的应用范围从机械、光学、电子、储能等领域扩展到生物医学、环境保护等.这主要是由于其具有大比表面积、高导电性、丰富的表面功能基团、良好的生物相容性,以及可利用各种聚合物或纳米颗粒进行表面功能化,使其有望应用于精准的生物传感、有毒气体和液体污染物传感监测平台.目前,MXenes材料在传感领域的研究主要集中于电流型生物传感、生物/气体电阻传感和压电传感等.在生物电化学传感中,MXenes材料主要用作蛋白质、生物酶、生物发光材料等的固定化基质,以利用其大比表面积、高导电性的特性,提高电子传质效率和速率,从而达到提高传感灵敏度、降低检测限的目的;生物/气体电阻传感是基于MXenes材料对外来吸附分子(生物分子或气体分子)造成的电导率扰动的灵敏性反映,而MXenes材料对外来生物分子或气体分子的吸附是基于其丰富的功能基团(主要为-OH、-F、-O、-Cl等)与这些分子之间的相互作用;压电传感方面的研究主要集中于便携式或可穿戴式压电传感器,MXenes受应力作用,其层间距发生变化,导致其电导率发生变化而产生电信号.可见,在传感器的应用中,人们利用的是MXenes材料的大比表面积和导电性以及表面功能基团.但是,MXenes材料的导电性受表面功能基团的影响,这些基团在一定程度上会降低MXenes的导电性,甚至某些基团使其变为半导体,这不利于传感器高导电性的要求.事实上,功能基团和高电导率是一对矛盾体,研究工作需要在两者之间寻找最佳平衡点.另外,不同的功能基团对不同元素类型的MXenes材料的导电性影响也存在差别.因此,研究者在研究利用进一步的功能化修饰电极(例如修饰贵金属纳米粒子、碳纳米管等)来克服电导率的问题的同时,也在积极寻求更适合传感的不同元素类型的MXenes材料.本文简要概述了MXenes材料的制备、结构、性能研究进展,重点综述了为生物医学、环境保护应用而设计的MXenes传感器的构建及其最新研究进展,包括电流型生物传感、可穿戴式生物传感、MXenes还原电化学传感、生物电阻传感、气体电阻传感、压电/应变传感等.本文还讨论了MXenes材料在传感领域应用面临的困难和挑战.希望本文能在MXenes传感器的开发及应用中为研究者提供有益的指导和帮助.     

用于新型冠状病毒检测的纳米材料及生物传感技术

新型冠状病毒肺炎(Corona Virus Disease 2019, COVID-19)疫情大流行引起全球对此重大突发公共卫生事件的高度关注。新型冠状病毒(SARS-CoV-2)经过多次突变,出现传染速度加快、免疫逃逸、隐匿性传播等特性,令防控形势至今仍异常严峻。对患者的早发现、早隔离仍然是目前最有效的防控措施。因此,迫切需要快速、高灵敏的检测手段来甄别此病毒,以便及早识别感染者。本文简要介绍了SARS-CoV-2的一般特征,并针对核酸、抗体、抗原及病原体作为检测靶标的不同检测手段及最新进展进行分类概述;对一些光学、电学、磁学以及可视化的新型纳米传感器在SARS-CoV-2检测技术上的应用进行了分析。鉴于纳米技术的应用在提高检测灵敏度、特异性以及准确率上具有优势,本文详细介绍了新型纳米传感器在SARS-CoV-2检测中的研究进展,包括表面增强拉曼基生物传感器、电化学生物传感器、磁纳米生物传感器以及比色生物传感器等,并探讨了纳米材料在新型生物传感器构建中的作用和挑战,为纳米材料研究人员开发各种类型的冠状病毒传感技术提供思路。     

金属所金刚石薄膜材料电化学传感研究获进展

<正>电化学生物传感器是一种将与特定生物识别单元反应而产生的化学信号转换为电学信号的技术,具有高灵敏度、快响应速度、低成本、小型便携等优点,在临床医学、环境检测和检验检疫等方面具有重要作用。高催化活性的金属氧化物识别单元是电化学生物传感技术的重要发展方向之一。     

基于MXene的电化学传感研究进展EI北大核心CSCD

MXene是一种早期过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物组成的二维(2D)层状材料。由于MXene具有独特的层状形态、高电导率、高比表面积、优异的亲水性和良好的热稳定性等特性,在物理、化学和纳米技术领域具有广阔的应用前景,可应用于催化、储能和传感器等多种科学领域。本文主要综述基于MXene的电化学传感器的研究进展,介绍电化学传感器的原理、构成,传感界面修饰和MXene制备方法,着重讨论MXene在电化学酶传感器、电化学非酶传感器、电化学免疫传感器、电化学适体传感器和电化学分子印迹传感器方面的研究进展,指出MXene电化学传感领域工业化和商业化利用不足、新种类MXene开发的挑战,对其在各类分析物检测、更多潜在领域的应用进行展望。     

基于有机薄膜晶体管与有机电化学晶体管的生物传感器研究进展

生物传感器是一门由生物、化学、物理、医学、电子技术等多种学科互相渗透成长起来的高新技术,在国民经济的各个领域如食品、制药、化工、临床检验、生物医学、环境监测等方面有着重要应用。生物传感器选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低,可在复杂的体系中进行在线连续监测,特别是具有高度自动化、微型化与集成化的特点,其在近几十年获得了蓬勃而迅速的发展。在生物传感器领域,有机电子器件具有广阔的应用前景,特别是在低成本、一次性、便携、柔性弯曲等方面,有机电子器件显示出无可比拟的优势。在有机电子学领域,引起广泛关注和研究的包括有机薄膜晶体管(Organic thin film transistors,OTFTs)生物传感器和有机电化学晶体管(Organic electrochemical transistors,OECTs)生物传感器两种技术。其中,OTFTs生物传感器采用全固态薄膜制备,由于其制备工艺简单且可与传统半导体加工工艺相兼容,因而方便集成。此外,OTFTs生物传感器的检测单元多样化,不仅限于有机半导体层,其栅极和源漏电极都可用作生物检测。目前,在该生物传感器中已成功应用的高性能有源层材料有并五苯(Pentacene)、聚(3-己基噻吩)(P3HT)和聚苯胺(PANI)等。研究工作包括DNA表面固定方法改进、传感器结构设计与灵敏度优化、新型扩展栅极结构等。由于大多数检测在非溶液体系中进行,其检测的便捷性和灵敏度受到了一定限制。为了解决溶液体系下的检测问题,OECTs生物传感器被提出。该传感器不仅具有工作电压低(一般小于1 V)、电化学活性强以及可在溶液环境下工作等优点,而且其沟道与栅极的距离可按需调节。OECTs生物传感器的出现为发展高灵敏、高特异性的生物分析检验方法注入了活力。目前,OECTs生物传感器已成功应用于脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid,DNA)、抗原和细菌等物质的检测。虽然微流控系统的OECT传感器阵列也已成功检测葡萄糖和乳酸,但考虑到其实际制备过程以及检测环境,OECTs传感器在集成方面的发展较为困难。本文归纳了基于OTFTs和OECTs两种类型生物传感器技术及其发展现状。根据检测物质分类,本文对两种生物传感器在葡萄糖、DNA、抗体抗原、细胞、多巴胺等生物检测应用中进行了详细描述,介绍了其传感机制和检测能力。预计随着有机电子技术的发展,有机晶体管将会在生物检测方面发挥更为重要的作用。     

基于有机半导体材料的有机场效应晶体管化学传感器

化学传感器是基于有机半导体材料的有机场效应晶体管的一个重要的应用方向。本文介绍了有机场效应晶体管化学传感器的工作原理和优点,总结了近年来有机场效应晶体管化学传感器的发展过程、优化方法,以及此类器件在气体传感、液体传感等领域的不同应用方向。并对有机场效应晶体管化学传感器在将来的阵列化、多功能、柔性化等方向的发展趋势做了展望。     

生物传感器及其在环境分析中的应用

本文介绍了生物传感器的基本结构和分类,在讨论酶传感器、微生物传感器、免疫和光纤生物传感器、细胞和组织传感器、场效应晶体管生物传感器、压电晶体管生物传感器的基础上,综述生物传感器在环境监测领域的应用和发展,其中包括水环境、大气环境、土壤环境等各个方面,并展望了环境监测生物传感器的发展方向。     

纳米纤维素基传感器的制备及其应用研究进展

可再生纳米纤维素近年来备受关注,纳米纤维素的优势在于来源广泛、制备方法多样、可生物降解、安全无毒、高比表面积、较高强度、较低密度和良好的热稳定性等.本论文主要针对纳米纤维素的制备方法、基于纳米纤维素制备的2D膜材料传感器与3D凝胶材料传感器的应用研究进展进行分析,重点介绍了纳米纤维素基传感器在接近传感、pH传感、电化学...     

印刷电子技术在生物传感器中的应用

生物传感技术是生物学、化学、物理学和信息科学等的交叉学科,已发展成为一个十分活跃的研究领域。生物传感器经过50年的发展,开始在医学、制药、环境监测、国防和安全等许多领域得到应用。印刷电子技术是将现代印刷技术与微电子技术相结合来制造电子器件的前沿技术,是实现大批量制备生物传感器的最佳方法之一。介绍了生物传感器的研究历程、器件的结构、类型及传感机理,重点总结了应用于不同生物传感器的纳米导电材料、介体物质、印刷油墨和作用原理的研究进展,以及丝网印刷、喷墨打印、微接触印刷及卷对卷印刷等技术在制作生物传感器方面各自的优势和特点。     

生物质衍生碳在电阻式应变/压力传感器中的最新应用进展与关键挑战（英文）

近年来电阻式应变/压力传感器在运动行为监测、人类健康诊断和人机交互等领域展现了不可替代的作用,因而刺激了人们对其需求的急剧增长.材料和结构设计对电阻式应变/压力传感器的性能有着不可忽视的影响,而生物质碳(BDCs)具有丰富的来源、多样的结构和令人满意的导电性等优良特性,被认为是制造电阻式应变/压力传感器的优异候选材料之一.本综述介绍了BDCs材料在电阻式应变/压力传感器领域的最新进展及其目前面临的主要挑战.首先,系统地概述和讨论了已报道的电阻式应变/压力传感器的分类方法、评价标准和传感机制.其次,总结了具有不同宏观结构(包括一维、二维和三维结构)的BDCs材料的制备及其在电阻式应变/压力传感器领域的最新应用进展.详细分析了具有不同宏观结构的BDCs材料在电阻应变/压力传感器领域的各自应用优势,并讨论了不同宏观结构与器件综合传感性能之间的关系.最后,提出了基于BDCs材料的电阻式应变/压力传感器的未来前景和主要挑战,及其未来发展的研究方向.     

细菌视紫红质在生物传感器中的应用进展

生物传感器是生物敏感材料、理化换能器与电信号放大装置等多学科交叉的综合集成技术装置.典型的生物传感器以特异性感知的生物活性材料作为敏感元件,结合基于微电子器件的物理化学换能器和调理电路,实现生物敏感信息的电信号转换及放大.换能器的灵敏度、抗干扰能力等因素直接影响生物传感器的性能.从嗜盐菌中提取的细菌视紫红质是一种具有良好光敏特性的生物材料,可直接将光信号转化成电信号,从而实现将敏感元件和换能器合二为一的功能,已广泛应用于多种生物传感器中.细菌视紫红质的感光灵敏度和稳定性适用于开发具有颜色灵敏度的光传感器,最早的应用方向是人工视网膜;其光敏感和换能一体化特性可实现使用单个传感元件进行光学运动检测的功能,应用可扩展到运动传感领域.除了在视觉传感领域的应用,细菌视紫红质在病原体检测、水体pH检测、细胞膜电位检测等领域均表现出良好的灵敏性、稳定性和特异性.其不仅在生物传感领域具有应用价值,而且为半导体传感方法的研究提供了新途径.本文在简述细菌视紫红质的质子泵和光电响应特性等基本功能的基础上,阐述了细菌视紫红质构建生物传感器的应用进展,分析了不同传感器的特点,以期为细菌视紫红质的机理及其应用研究提供参考.     

基于纳米粒子的比色检测及其在重金属离子检测中的应用

近年来,纳米粒子由于其独特的光学电学性质,在催化、给药、成像、生物传感以及化学传感领域内受到广泛的关注。阐述了以纳米粒子为基础的比色检测技术在重金属离子(例如Hg2+、Cu2+、Pb2+、As3+等)检测中的应用,并对其今后的发展进行了展望。     

基于纳米粒子的比色检测及其在重金属离子检测中的应用

近年来,纳米粒子由于其独特的光学电学性质,在催化、给药、成像、生物传感以及化学传感领域内受到广泛的关注。阐述了以纳米粒子为基础的比色检测技术在重金属离子（例如Hg2＋、Cu2＋、Pb2＋、As3＋等）检测中的应用,并对其今后的发展进行了展望。     

静电纺P(VDF-TrFE)纳米纤维在柔性压电传感与能量收集领域的研究进展

压电聚合物聚偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-TrFE))作为聚偏氟乙烯(PVDF)典型的共聚物,具有优异的压电性能、机械性能及生物相容性。因此基于P(VDF-TrFE)静电纺压电网膜的柔性压电传感器与能量收集器在可穿戴电子设备、智能纺织品及医疗健康系统等领域有着广阔的前景,能够将触觉/压力、应变、声波甚至生理微振动等信号转换为电学信号或低功率的电能。本文旨在深入分析P(VDF-TrFE)压电性能的机制,总结各种提升静电纺P(VDF-TrFE)纳米纤维压电性的策略,全面概述P(VDF-TrFE)基柔性压电传感与能量收集方面的应用,特别是在压力与触觉传感、声传感、生物组织传感、生理微振动传感及能量收集等领域的研究进展。阐述了静电纺压电聚合物纳米纤维的新兴应用场景,并讨论了该领域目前的挑战和未来前景。     

磁性传感材料与器件研究进展

磁性材料是一种既古老又新颖的功能材料,磁性材料本身具有诸多特殊性质,正是基于此类特性,磁性材料可以完成外界物理量与磁信号之间的相互转换,由此制成各种类型的磁性传感器.随着传感器向着智能化、微型化、多功能化、高灵敏度、低功耗、高可靠性发展,新型磁性传感器种类也迅速增加,应用场景愈加广阔.然而,由于人类对磁信号的探测及处理远不如电学信号成熟,磁性传感器的应用仍有诸多问题尚未解决.材料的研究者们更关注新磁学现象,而能成功应用于传感器的磁性材料除了其特有的磁敏特性外,还应根据其具体应用场景提高它的其他物理性能,而传感器的研究者们在解决传感器微型化、高灵敏度等问题时并不会优先从材料角度考虑问题,导致某一类磁性材料从发现到其成熟应用于传感器所经历的周期过长,而很多已发现的磁性材料并未找到合适的应用场景.从材料角度而言,目前在传感器领域应用最多的是磁电阻材料,其广泛应用于位移传感器、角速度传感器、硬盘磁头、非接触电流测量等领域.其他研究较成熟的磁性材料如软磁材料、磁致伸缩材料、磁电复合材料、磁流体材料等在传感器领域也有一定的应用,如力学传感器、生物传感器、光学传感器等.为了使磁性传感器有广泛的应用,磁性材料及磁性传感器的研究者们应从应用角度出发,根据不同应用场景,提出更为全面具体的材料性能要求,以此为目标,对现有的磁性材料进行改性处理,或研发新型磁性材料,加快磁性材料及磁性传感器领域的发展.本文综述了多种磁性材料(包括磁电阻材料、高磁导率软磁材料、巨磁阻抗材料、磁致伸缩材料、磁光材料、磁电复合材料、磁流体材料等)在磁场探测、光学传感、力学传感、生物传感、电流传感等方面的应用以及研究进展,并从应用的角度出发,展望了未来磁性材料及磁性传感器的发展前景,以期为新型磁性传感器的制造及应用提供参考.     

基于碳纳米管复合物的电化学生物传感器研究进展

新型碳纳米管复合物的开发及其在电化学生物传感器中的应用是近年来材料学和分析领域的研究热点.介绍了碳纳米管复合物在电化学生物传感领域的研究发展,重点对碳纳米管与纳米颗粒、聚合物及离子液体复合材料在电化学生物传感中的应用进行了论述.     

等离子体增强化学气相沉积可控制备石墨烯研究进展

石墨烯具有超薄的结构、优异的光学和电学等性能,在晶体管、太阳能电池、超级电容器和传感器等领域具有极大的应用潜能。为更好地发展实际应用,高质量石墨烯的可控制备研究尤为重要。等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术具有低温和原位生长的优势,成为未来石墨烯制备方面较具潜力的发展方向之一。本文综述了PECVD技术制备石墨烯的发展,重点讨论了PECVD过程中等离子体能量、生长温度、生长基底和生长压力对石墨烯形核及生长的作用,概述了PECVD制备石墨烯的形核及聚结机制、刻蚀和边缘生长竞争两种不同机制,并指出PECVD技术制备石墨烯面临的挑战及发展。在未来的研究中,需突破对石墨烯形核及生长的控制,实现低温原位的大尺寸、高质量石墨烯薄膜的可控制备,为PECVD基石墨烯器件在电子等领域的应用奠定基础。     

Pt对In2O3纳米线场效应晶体管电学性能的影响

氧化铟纳米线(In2 O3 NWs)因具有合适的禁带宽度、较高的电子迁移率等优异的电学性能,可应用于晶体管、存储器、传感器等而备受关注,成为研究的热点.本实验通过简单易行的化学气相沉积法生长了In2 O3纳米线,结合电子束光刻(EBL)成功制备了In2 O3纳米线场效应晶体管器件(Field effect transistor,FET),利用溅射系统在In2 O3 FET上沉积不同厚度的Pt,研究了Pt纳米颗粒对In2 O3 FET电学性能的影响.利用扫描电子显微镜、X射线衍射及光致发光光谱研究了In2 O3纳米线的形貌、组成及光学性能;利用X射线光电子能谱分析纳米线的元素化学价态和组成.通过分析沉积Pt前后In2O3纳米线FET的电学性能发现,沉积Pt纳米颗粒后场效应晶体管阈值电压(Vth)有向右偏移的趋势,开关比(Ion/Ioff)有所下降,载流子浓度降低,载流子迁移率增大.晶体管阈值电压(Vth)向右偏移可归因于沉积Pt后金属/半导体接触形成电子转移,此外纳米线的表面缺陷可以充当吸附位点,表面缺陷吸附的氧和水分子将捕获来自纳米线的自由电子,导致表面电子消耗,从而使得载流子浓度降低.研究结果表明,Pt金属纳米颗粒对In2 O3纳米线FET的电学性能存在一定的影响.