石墨烯基因探针器件阵列的柔性化压印转移制造研究

石墨烯基因探针纳电子器件原理上具有分子级检测分辨率，能够实现从一滴血中分析多种疾病的梦想，而且生物兼容可植入人体随时监测健康状态。然而传统的硅工艺难以制造柔韧结构纳电子器件以匹配生物环境，且难以制造结构一致的石墨烯纳电子器件阵列以便与数字系统集成实现分子级检测。为实现具有分子级检测分辨率、柔性的石墨烯基因探针器件阵列，项目提出一种基于微流道的阵列化、柔性悬浮石墨烯基因探针，并提出多重对准石墨烯图形化转移和嵌入式固支柔性封装技术，为此拟研究器件阵列结构参数和形变应力对输出灵敏度的影响，掌握器件结构及其优化设计的理论依据；研究电极嵌入式压印和石墨烯悬浮固支柔性封装工艺，探索器件柔性化制造的途径；研究高保真度多重对准实现石墨烯结构一致复型控制，探索器件阵列化制造的方法。旨在探索适用于更多基于纳米材料生物纳器件的阵列化柔性化制造技术，为微纳宏跨尺度制造，及生物医学信息科学交叉研究提供理论和实验基础

人体血液中的病毒等的微量定量检测不仅对疾病的早期确诊及治疗有意义，而且有可能实现采样一滴血进行多种病理检测。为了实现生物被测物高灵敏度甚至于分子级灵敏度的检测，项目提出和研究了一种基于微流道、柔性悬浮结构的单晶单层石墨烯岛为沟道的阵列化生物传感器的设计、制造和测试。设计和实现了具有微流道的、阵列结构的、液栅控制的石墨烯柔性传感器原型器件，阵列规模大于1×4；石墨烯与电极接触电阻小于484Ω，对浓度为0.005%浓度的葡萄糖，器件输出灵敏度可达0.73%，输出电流大于1.2微安。对浓度为0.0009%氯化钠时，器件输出灵敏度可达3.2%，输出电流大于0.5微安。弯曲直径为13毫米时器件输出电流损失15%；研究实现了大于1毫米单晶单层石墨烯岛的尺度、形态、撘叠的可控制备，扩展实现了3D碳纳米管和石墨烯复合结构的制备；建立了单晶单层石墨烯器件的量子输运模型，研究了不同形态、不同撘叠和不同表面修饰的石墨烯沟道的非平衡量子输运特性，以及灵敏度特性；完成器件多重对准工艺、石墨烯图形化工艺、实验测试和模拟计算分析等完整工艺研究体系；完成多组掩膜版：媒介转移掩膜版、微流道结构掩膜版、源漏电极图形掩膜版、栅电极图形掩膜版和绝缘层图形掩膜版等；发表国内外高水平学术论文15 篇；申请发明专利2项；培养研究生12人。