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重金属的主要来源通常来自人类活动,如工业过程,农业和采矿业。由于微生物无法降解重金属,致使重金属释放到水生和陆地系统,进一步转移到包括植物,动物和人类的生命系统中,并通过转移不断累积。重金属离子如钴,铜,铁,锰和锌等在生物有机体中起重要作用,对于代谢的维持来说,微量就能够满足生命体中正常功能。然而,过量的水平甚至小剂量的剧毒金属(即铅,镉,汞,砷,锑等)都会对环境和人类健康造成严重问题。这些金属在人体内的积累会导致中枢神经系统,肝脏和肾脏,皮肤,骨骼和牙齿的疾病。因此,对环境中和人体中重金属的检测有着重大的现实意义。由于锌离子独特的封闭壳结构,在生物环境中没有氧化活性,使其在游离态中很难被传感器所检测。近年来,荧光检测法在各个领域都表现出良好的性能特性,尤其在重金属离子方面的检测上表现出良好的特异性,检测成本低以及检测结果肉眼可见等优点而被广泛用于重金属离子传感的研究,但是由于其响应时间和灵敏度等缺陷的局限使其依旧无法满足快速痕量检测用锌离子传感器的现实需求。本文结合席夫碱荧光检测锌离子的方法,基于AlGaN/GaN HEMT生化传感器设计了一种席夫碱功能化的痕量用AlGaN/GaN HEMT锌离子传感器。具体研究工作如下:(1)对锌离子检测的背景和传统方法进行了阐述,并结合AlGaN/GaN HEMT生化传感器在液体检测环境中表现出良好的化学稳定性,以及在离子检测中表现出优异的灵敏度和检测极限。提出了一种痕量检测用延伸栅结构AlGaN/GaN HEMT锌离子传感器的构想。(2)对痕量检测用延伸栅结构AlGaN/GaN HEMT锌离子传感器进行检测机理分析,并通过预处理、台面刻蚀、欧姆接触、引线电极、延伸栅电极和后端工艺等微纳加工,完成了延伸栅式结构AlGaN/GaN HEMT锌离子传感器的制作。(3)结合席夫碱荧光检测方法中,牛血清白蛋白与水杨醛结合所形成的席夫碱对锌离子表现出良好的特异性,我们对痕量用AlGaN/GaN HEMT锌离子传感器表现修饰进行了研究和实验,提出了巯基乙胺修饰方法,之后改良为11-巯基十一烷酸修饰方法,通过在延伸栅极表面修饰11-巯基十一烷酸,活化后成功在延伸栅极表面固定牛血清白蛋白并修饰水杨醛形成特定席夫碱,完成痕量用AlGaN/GaN HEMT锌离子传感器的表面修饰。(4)通过席夫碱与锌离子之间的络合反应引起扩展栅极上的表面电位变化,最终改变源漏电流从而达到检测锌离子的目的。席夫碱功能化的痕量用延伸栅式AlGaN/GaN HEMT离子传感器对锌离子表现出快速响应(小于10秒)并且检测极限(LOD)为1fM。同时,在1 fM到1μM(R~2=0.9963)锌离子浓度范围内的实时检测过程中,该检测方法表现出良好的特异性和稳定性。本文研究表明,通过牛血清白蛋白和水杨醛反应形成的席夫碱官能化痕量用延伸栅式AlGaN/GaN HEMT传感器在锌离子检测中表现出良好的特性,它为痕量锌离子的实时检测提供了一种具有广阔应用前景的检测方法。