具有氧化铟锡薄膜涂覆的垂直排列硅纳米线及其在灵敏纳米电子装置中的应用的制作方法

本发明涉及一种灵敏的纳米电子装置(nanoelectronic device,ned)，主要为一种纳米结构感测基板，其包含具有氧化铟锡涂层的垂直排列的硅纳米线(indium tinoxide film coated upstanding silicon nanowires,简称为ito/usnws)。

背景技术：

1、延伸式闸极场效电晶体已被广泛开发，用于解决使用电晶体进行生物感测时遇到的问题，例如来自生物分子、盐类和电解质中的离子对传统电晶体造成的损害。

2、多种结构和材料已被应用于延伸式闸极场效电晶体的感测基板，例如氮化镓纳米线(gan nws)、氧化锌纳米线(zno nws)、共轴结构的氧化锌/硅纳米线(zno/sinws)、氧化铜纳米线(cuo nws)、氧化锌/钽(zno/ta)薄膜、氧化钯(pdo)薄膜、氧化铟锌(inznxoymembrane)薄膜、氧化锌纳米阵列(zno nano-array)、氮化铟/铟镓氮量子点(inn/inganquantum dot)以及氧化铟锡(indium tin oxide,ito)薄膜(ahmed,n.m.,et al.,semicondsci tech 36(4),2021)。在各种可用的纳米结构中，垂直排列纳米线(upstandingnanowires,usnws)因其能与生物分子的纳米尺度的特征进行广泛地交互作用而特别引人注目。值得注意的是，具高深宽比的感测基板的表面修饰与功能化可以提高egfets的感测灵敏度和特异性，从而将egfets的应用扩展到多种生物物质的检测中。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种纳米结构感测基板，其包含具有氧化铟锡涂层的垂直排列的硅纳米线(简称为ito/usnws)。具有经修饰的氧化铟锡涂层的垂直排列硅纳米线的纳米粗糙表面可作为感测基板，也可以外接其他电子读取装置以读得电压，电流或电阻等信号，应用于无标记且特异性检测某些疾病的生物标记。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种纳米结构感测基板，其包含具有一氧化铟锡涂层的垂直排列的硅纳米线，其中该垂直排列的硅纳米线的平均高度为0.01-10μm，且该氧化铟锡涂层的厚度为10-600nm。依据本发明一实施例，所述垂直排列的硅纳米线的平均高度为0.01-4μm，且氧化铟锡薄膜的厚度为100-400nm。

3、在本发明的某些实施例中，所述具有氧化铟锡涂层的垂直排列的硅纳米线包含具有适当的表面平均粗糙度大于400nm的纳米粗糙表面。依据本发明一实施例，所述纳米粗糙表面的表面平均粗糙度范围为50-1000nm。依据本发明另一实施例，所述纳米粗糙表面的表面平均粗糙度范围为400-650nm。

4、在本发明的某些实施例中，所述具有氧化铟锡涂层的垂直排列的硅纳米线进一步在其纳米粗糙表面涂覆含有硅烷醇基的小分子，例如3-氨基丙基三甲氧基硅烷，以便进一步键结于细胞、蛋白质或生物受体上。在本发明的另一些实施例中，所述生物受体包括但不限于生物标记的抗体。在本发明的一实施例中，所述生物受体为心肌钙蛋白i抗体。

5、在另一方面，本发明提供一种上述具有氧化铟锡涂层的垂直排列的硅纳米线的制备方法，其包括以下步骤：在硅表面上形成银纳米粒子；在氢氟酸和过氧化氢的溶液中进行银金属辅助化学蚀刻，持续0.5-4分钟，以产生具有高深宽比的纳米粗糙表面的垂直排列的硅纳米线；使用氢氧化钾/异丙醇溶液降低垂直排列硅纳米线的密度；以及在垂直排列硅纳米线上进行氧化铟锡层的涂覆，以制备具有氧化铟锡涂层的垂直排列的硅纳米线。所述ito/usnws可应用作为延伸式闸极场效电晶体装置的感测基板。

6、在本发明的某些实施例中，usnws所述银金属辅助化学蚀刻在黑暗中进行，持续3-4分钟。在本发明的一些实施例中，所述降低密度的步骤在含有4.0-4.45m氢氧化钾和0.8-2.61m异丙醇的水溶液中进行，持续5秒至2分钟，例如持续20-30秒。

7、在本发明的某些实施例中，所述具有氧化铟锡涂层的垂直排列的硅纳米线的制备方法进一步包括使用3-氨基丙基三甲氧基硅烷对具有氧化铟锡涂层的垂直排列的硅纳米线的表面进行修饰并后续与蛋白结合的步骤。

8、在另一方面，本发明提供一种用于即时检测急性心肌梗塞的方法，包括使用包含具有氧化铟锡涂层的垂直排列的硅纳米线的纳米结构感测基板，检测来自受试者液体活检中的人类心肌钙蛋白i。在本发明的某些实施例中，所述具有氧化铟锡涂层的垂直排列的硅纳米线的纳米粗糙表面通过3-氨基丙基三甲氧基硅烷和心肌钙蛋白i抗体进行修饰，以形成心肌钙蛋白i抗体修饰的具有氧化铟锡涂层的垂直排列的硅纳米线。在本发明的一实施例中，所述纳米结构感测基板整合至灵敏的纳米电子装置的阻抗测量系统中，并作为工作电极使用。

1.一种纳米结构感测基板，其特征在于，包含：

2.根据权利要求1所述的纳米结构感测基板，其特征在于，该具有氧化铟锡涂层的垂直排列的硅纳米线包含具有一纳米粗糙表面，该纳米粗糙表面的表面表面平均粗糙度为50-1000nm。

3.根据权利要求2所述的纳米结构感测基板，其特征在于，该纳米粗糙表面的表面平均粗糙度为400-650nm。

4.根据权利要求1所述的纳米结构感测基板，其特征在于，该具有氧化铟锡涂层的垂直排列的硅纳米线的纳米粗糙表面进一步被包含硅烷醇基的小分子修饰，以进一步键结于细胞、蛋白质或生物受体上。

5.根据权利要求4所述的纳米结构感测基板，其特征在于，该包含硅醇基的小分子为3-氨丙基三甲氧基硅烷。

6.根据权利要求4所述的纳米结构感测基板，其特征在于，该生物受体为抗体。

7.根据权利要求6所述的纳米结构感测基板，其特征在于，该生物受体为心肌钙蛋白i抗体。

8.一种根据权利要求1所述的纳米结构感测基板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的纳米结构感测基板的制备方法，其特征在于，该银金属辅助化学蚀刻的步骤在黑暗中进行3至4分钟。

10.根据权利要求8所述的纳米结构感测基板的制备方法，其特征在于，该降低密度的步骤在含有4至4.45m氢氧化钾和0.8至2.61m异丙醇的水溶液中进行，持续5秒至2分钟。

11.根据权利要求8所述的纳米结构感测基板的制备方法，其特征在于，更包括以包含硅烷基的小分子修饰该具有氧化铟锡涂层的垂直排列的硅纳米线的表面的步骤。