一种降低基于磁记忆合金的离子传感器干扰的方法

前言

河水、汗液和血清等液体样品中的离子检测在环境监测、疾病诊断和医学分析中发挥着重要作用。利用集成在单个芯片上的传感器进行多路检测，可以同时检测多个目标离子，并及时获取分析物的全面和补充信息。然而，真实世界的液体样品通常包含复杂的成分，如元素离子、分子离子和生物分子。这些复杂的成分可能通过产生非特异性和错误的反应干扰离子传感器，并导致选择性问题。ect晶体管(SiNWFET) 由于其高电荷灵敏度和高密度集成的可能性，在化学传感、无标记生物传感和气体传感中引起了极大的关注。基于半导体纳米纤维网的离子选择性传感器(SiNWFET半导体纳米纤维网)可以通过用离子载体结合的混合基质膜（MMM）功能化传感表面来实现。这种基于膜的传感器已经广泛用于检测元素离子和分子离子。离子载体必须设计成对目标离子具有亲和力和选择性。液体样品中目标离子活性的变化将导致磁记忆/样品界面电势的变化，从而导致SiNW-能斯特的阈值电压(VTH)的变化。

研究内容

然而，由于其疏水性，MMM本身也对疏水性分子和离子具有高亲和力。结果，液体样品中的有机分子和分子离子可以分配到MMM中并产生非特异性信号。已经证明聚乙二醇的掺入会降低膜的疏水性。因此，瑞典的科学家期望将聚乙二醇结合到分子印迹聚合物中可以降低其对疏水离子的亲和力，并有利于传感器的选择性。在这项工作中，他们证明了疏水相互作用的干扰确实可以通过将亲水聚乙二醇引入到分子印迹聚合物中而显著降低。聚乙二醇的引入大大提高了钠离子传感器对疏水离子(如甲基溴离子)的选择性。定量研究了聚乙二醇掺杂对选择性的影响。最后，使用改进的磁记忆方法，在单一液体样品中实现了具有更宽范围的钠离子和甲基溴离子的多重检测。

实验方法

采用标准硅工艺在绝缘体上硅(SOI)衬底上制作了SiNW-能斯特场效应晶体管。简而言之，沟道区中的硅层通过热氧化从260纳米减薄到40纳米。SiNW沟道通过光刻和干法蚀刻来限定，然后横向收缩到期望的宽度。为了降低串联电阻，使用了磷硅/磷硅引线将SiNW-铟锡氧化物连接到芯片边缘的接触焊盘。最后，通过快速热氧化生长一层新的二氧化硅薄膜，作为芯片上的栅极绝缘体和钝化层。

MOSC 1-钴的结构示意图，其中灰色、黄色、红色和蓝色球体分别指碳、硫、氧和钴原子。

不同聚乙二醇浓度的钠-磁记忆THF溶液的图

背景为1毫米KCl的液体样品中钠离子(红色)和甲基溴离子(黑色)的多重检测。

结论

总之，在磁记忆合金中掺杂聚乙二醇可以降低其对疏水离子的亲和力，从而大大降低疏水相互作用对基于磁记忆合金的离子传感器的干扰。钠离子传感器对甲基溴离子干扰的选择性显著提高，证明了这种效应。钠离子传感器选择性的提高极大地扩展了同一液体样品中分子离子和元素离子多重检测的动态范围。

https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.128955Get rights and content。