石墨烯(Graphene)因其集优异的热学、力学、光学和电学性能,成为材料科学、生命科学和其他许多领域的研究热点。生物传感器以其在灵敏性、选择性、准确性、快速性、低成本以及操作性等方面的优势,已成为生化分析领域的重要分析技术[13]。由于石墨烯其易于与生物分子通过π-π堆垛作用结合的特性,在生物传感器设计领域受到极大关注。分子吸附在石墨烯表面可以调节其电荷传输或电荷沟道参杂,引起载流子浓度和载流子迁移率的变化。基于此,本文研究栅极电压调制的石墨烯场效应管(FET)生物传感器的构建、相关检测系统及其应用。首先介绍了石墨烯独特的结构和性质,总结了石墨烯的制备方法。随后介绍了生物传感器在国内外的研究进展及现状,生物传感器以其在高灵敏性、选择性、准确性、快速性、低成本以及操作性等方面的优势,已成为生化分析领域的重要分析技术。其次,设计制备了一种集成石墨烯场效应管(IGFET),栅极采用平面金(Au)膜,而漏极和源极采用氧化铟锡(ITO)电极。平面Au栅极与石墨烯FET集成,并连至一个可调恒压源产生栅极和石墨烯之间的稳定电场,从而调制沟道电导以及Ag/AgCl电极。由于石墨烯FET的沟道电导可以调制,那么可以将FET的等效电阻作为一个信号,通过一个桥接电路和一个检测放大器的信号获得。本文研究了FET的等效电阻与导电沟道宽度、栅极和石墨烯平板之间的距离、电介质浓度直接的关系,并利用IGFET用于ATP浓度检测。然后,基于石墨烯的光学和电学特性,利用石墨烯研制了一种光电双通道同时检测溶液pH值的场效应管传感器。一方面石墨烯FET表现出了清晰的pH值依赖型导电特性,可以在源极和漏极之间产生电流信号;另一方面在电解质溶液中添加pH荧光探针,实现pH值荧光检测。通过自主研发的一种双通道数据采集系统,可以同时采集电流和荧光两种信号。结果表明,利用该双通道数据采集系统获得比单一方法更加灵敏的pH值检测。