一种基于有机晶体管微阵列的气体和生物分子传感芯片

摘要

本发明涉及传感电路技术领域，尤其公开了一种基于有机晶体管微阵列的气体和生物分子传感芯片，包括集成在同一芯片上的有机电化学晶体管(简称OECT)气体分子传感像素单元、OECT生物分子传感像素单元、pH传感像素单元、温度传感像素单元，所述上述像素单元包括开关晶体管；覆盖所述第一有机半导体层的第一封装层；覆盖于第一封装层的防水层；所述OECT气体分子传感像素单元、OECT生物分子传感像素单元还包括有机电化学晶体管。本发明具有的有益效果是：实现了在同一基底上OFET与OECT的异质集成，并结合温度、pH值，对多种气体分子、生物分子进行检测，提高了检测精度。

权利要求

1.一种基于有机晶体管微阵列的气体和生物分子传感芯片，其特征在于，包括集成在同一芯片上的OECT气体分子传感像素单元、OECT生物分子传感像素单元、pH传感像素单元、温度传感像素单元，所述OECT气体分子传感像素单元、OECT生物分子传感像素单元、pH传感像素单元、温度传感像素单元包括开关晶体管，所述开关晶体管为有机薄膜晶体管，包括：衬底；

设置于所述衬底表面的第一底栅电极；

覆盖于所述底栅电极的底栅绝缘层；

同层设置于所述底栅绝缘层表面的第一源极、第一漏极；

覆盖所述第一源极、第一漏极以及所述第一源极、第一漏极之间的底栅绝缘层的第一有机半导体层；

所述OECT气体分子传感像素单元、OECT生物分子传感像素单元、pH传感像素单元、温度传感像素单元还包括：覆盖所述第一有机半导体层的第一封装层；

覆盖于第一封装层的防水层；

所述OECT气体分子传感像素单元、OECT生物分子传感像素单元还包括有机电化学晶体管，所述有机电化学晶体管包括：同层设置于防水层的第二源极、第二漏极和栅电极，其中第二源极通过第一通孔电极与所述开关晶体管的第一漏极相连；

覆盖所述第二源极、第二漏极以及所述第二源极、第二漏极之间的防水层的电化学沟道层；

覆盖所述栅电极的功能化修饰层，与特定的检测物质相关。

2.根据权利要求1所述的基于有机晶体管微阵列的气体和生物分子传感芯片，其特征在于，所述OECT气体分子传感像素单元、OECT生物分子传感像素单元还包括：覆盖所述防水层之上的第二封装层，所述第二封装层中具有暴露所述电化学沟道层、所述功能化修饰层的通孔。

3.根据权利要求1所述的基于有机晶体管微阵列的气体和生物分子传感芯片，其特征在于，所述电化学沟道层为包括聚3，4‑乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT：PSS）或聚苯胺（PANI）的有机导电聚合物薄膜。

4.根据权利要求1所述的基于有机晶体管微阵列的气体和生物分子传感芯片，其特征在于，所述OECT气体分子传感像素单元中所述功能化修饰层为对气体分子有氧化还原催化活性的材料，包括负载贵金属纳米颗粒或杂原子掺杂的氧化还原石墨烯的电极。

5.根据权利要求1所述的基于有机晶体管微阵列的气体和生物分子传感芯片，其特征在于，所述OECT生物分子传感像素单元中所述功能化修饰层为对特定生物分子敏感的材料，包括负载有酶和铂纳米颗粒（Pt NPs）的介孔碳电极。

6.根据权利要求1所述的基于有机晶体管微阵列的气体和生物分子传感芯片，其特征在于，所述温度传感像素单元还包括温度传感单元，所述温度传感单元包括同层设置于防水层之上的第一电极、温敏电阻、第二电极；连通所述第一电极和所述开关晶体管第一漏极的第三电极，所述温度传感像素单元还包括覆盖所述防水层之上的第二封装层。

7.根据权利要求6所述的基于有机晶体管微阵列的气体和生物分子传感芯片，其特征在于，所述温敏电阻为铂、PEDOT：PSS中的一种。

8.根据权利要求1所述的基于有机晶体管微阵列的气体和生物分子传感芯片，其特征在于，所述pH传感像素单元还包括pH传感单元，所述pH传感单元包括设置于所述衬底表面的第二底栅电极；覆盖于所述第二底栅电极的所述底栅绝缘层；同层设置于所述底栅绝缘层表面的第三源极和公共电极，所述公共电极位于所述第一源极和所述第三源极之间；覆盖所述第三源极、部分所述公共电极以及所述第三源极与所述公共电极之间的底栅绝缘层+的第二有机半导体层；同层覆盖于所述防水层之上的修饰有H敏感材料层的第四电极与印刷有Ag/AgCl墨水层和含饱和氯盐的多孔聚合物膜层的参比电极，其中所述第四电极通过贯穿层间的第二通孔电极与所述第二底栅电极相连接；

所述pH传感像素单元还包括覆盖所述防水层之上的第二封装层，所述第二封装层中具有暴露所述第四电极、参比电极的通孔。

9.根据权利要求1 8任一项所述的基于有机晶体管微阵列的气体和生物分子传感芯~片，其特征在于，包括：

气体分子传感阵列模块，包括呈阵列排布的多个气体分子传感像素单元，每行共用所述OECT气体分子传感像素单元第一底栅电极；

生物分子传感阵列模块，包括呈阵列排布的多个生物分子传感像素单元，每行共用所述OECT生物分子传感像素单元第一底栅电极；

温度传感列模块，包括单独一列排布的所述温度传感像素单元；

pH传感行模块，包括单独一行排布的所述pH传感像素单元，所述pH传感像素单元共用参比电极。

10.根据权利要求9所述的基于有机晶体管微阵列的气体和生物分子传感芯片，其特征在于，所述的基于有机晶体管微阵列的气体和生物分子传感芯片还包括：控制模块；

行选电路模块，连接所述开关晶体管的所述第一底栅电极，用于传输扫描控制信号；

读取电路模块，用于给所述有机电化学晶体管和所述pH传感像素单元提供栅极偏压；

同时读出所述有机电化学晶体管、温度传感像素单元、pH传感像素单元的电流信号，并传输至所述控制模块进行分析。

说明书

一种基于有机晶体管微阵列的气体和生物分子传感芯片

技术领域

[0001] 本发明涉及传感电路技术领域，尤其涉及一种基于有机晶体管微阵列的气体和生物分子传感芯片。

背景技术

[0002] 发展可与半导体器件相集成的电化学芯片，以实现气体分子和生物分子的高通量快速精确检测，在医疗健康和临床诊断领域具有重要意义。

[0003] 在检测气体分子和生物分子的各种器件结构中，有机电化学晶体管(简称OECT)不仅灵敏度高、检出限低，而且工作电压低、生物兼容性好，因而得到了国内外很多研究机构的关注。然而，OECT器件的电流特性由溶液栅极调控，在同一测试溶液中无法独立控制单个像素单元，同时它的开关比低，自身无法作为开关选通器件。所以，单一的OECT阵列无法满足气体分子和生物分子检测的高通量需求，亟需开关单元对OECT传感像素单元进行寻址控制和读取。而在作为开关器件方面，有机场效应晶体管(简称OFET)采用全溶液法加工，与OECT制备工艺完全兼容，同时成本低廉，可大面积加工，相比于其它类型的晶体管器件有独特的优势。因此，研究OECT传感单元与OFET开关单元的异质集成对于发展气体分子和生物分子传感芯片有很大帮助。

[0004] 此外，OECT器件采用电化学方法对气体分子和生物分子实现检出，其检出的电信号还受待检测溶液的温度、pH的影响和其他气体分子、生物分子之间的相互干扰，这使得在精确检测待测物浓度变化上遇到困难。因此，传感芯片在实现OECT阵列之余，还应当可以检出溶液的温度和pH，以方便后续信号处理时校准数据，对生物分子的浓度得到更精确的检出值。

[0005] 因此，本领域的技术人员致力于开发一种有机晶体管微阵列传感芯片，以实现OECT与OFET器件的异质集成，以及在同一片上同时实现温度、pH的实时多重检测。

发明内容

[0006] 鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是有机电化学晶体管技术无法实现生物传感芯片阵列化高通量检测以及电化学检测方法对溶液温度、pH等物理条件的依赖。

[0007] 为实现上述目的，本发明提供了一种基于有机晶体管微阵列的气体和生物分子传感芯片，包括集成在同一芯片上的OECT气体分子传感像素单元、OECT生物分子传感像素单元、pH传感像素单元、温度传感像素单元，所述OECT气体分子传感像素单元、OECT生物分子传感像素单元、pH传感像素单元、温度传感像素单元包括开关晶体管，所述开关晶体管为有机薄膜晶体管，包括：

[0008] 衬底；

[0009] 设置于所述衬底表面的第一底栅电极；

[0010] 覆盖于所述底栅电极的底栅绝缘层；

[0011] 同层设置于所述底栅绝缘层表面的第一源极、第一漏极；

[0012] 覆盖所述第一源极、第一漏极以及所述第一源极、第一漏极之间的底栅绝缘层的第一有机半导体层；

[0013] 所述OECT气体分子传感像素单元、OECT生物分子传感像素单元、pH传感像素单元、温度传感像素单元还包括：

[0014] 覆盖所述第一有机半导体层的第一封装层；

[0015] 覆盖于第一封装层的防水层；

[0016] 所述OECT气体分子传感像素单元、OECT生物分子传感像素单元还包括有机电化学晶体管，所述有机电化学晶体管包括：

[0017] 同层设置于防水层的第二源极、第二漏极和栅电极，其中第二源极通过第一通孔电极与所述开关晶体管的第一漏极相连；

[0018] 覆盖所述第二源极、第二漏极以及所述第二源极、第二漏极之间的防水层的电化学沟道层；

[0019] 覆盖所述栅电极的功能化修饰层，与特定的检测物质相关。

[0020] 优选的，所述OECT气体分子传感像素单元、OECT生物分子传感像素单元还包括：覆盖所述防水层之上的第二封装层，所述第二封装层中具有暴露所述电化学沟道层、所述功能化修饰层的通孔。

[0021] 优选的，所述电化学沟道层为包括聚3，4‑乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT：PSS)或聚苯胺(PANI)的有机聚合物导电薄膜。

[0022] 优选的，所述OECT气体分子传感像素单元中所述功能化修饰层为对气体分子有氧化还原催化活性的材料，优选为负载贵金属颗粒或杂原子掺杂的氧化还原石墨烯的电极。

[0023] 优选的，所述OECT生物分子传感像素单元中所述功能化修饰层为对特定生物分子敏感的材料，优选为负载有酶和铂纳米颗粒(Pt NPs)的介孔碳电极。

[0024] 优选的，所述温度传感像素单元还包括温度传感单元，所述温度传感单元包括同层设置于防水层之上的第一电极、温敏电阻、第二电极；连通所述第一电极和所述开关晶体管第一漏极的第三电极，所述温度传感像素单元还包括覆盖所述防水层之上的所述第二封装层。

[0025] 优选的，所述温敏电阻为铂、PEDOT：PSS中的一种。

[0026] 优选的，所述pH传感像素单元还包括pH传感单元，所述pH传感单元包括设置于所述衬底表面的第二底栅电极；覆盖于所述第二底栅电极的所述底栅绝缘层；同层设置于所述底栅绝缘层表面的第三源极和公共电极，所述公共电极位于所述第一源极和所述第三源极之间；覆盖所述第三源极、部分所述公共电极以及所述第三源极与所述公共电极之间的+底栅绝缘层的所述第二有机半导体层；同层覆盖于所述防水层之上的修饰有H敏感材料层的第四电极与印刷有Ag/AgCl墨水层和含饱和氯盐的多孔聚合物膜层的参比电极，其中所述第四电极通过贯穿层间的第二通孔电极与所述第二底栅电极相连接；

[0027] 所述pH传感像素单元还包括覆盖所述防水层之上的所述第二封装层，所述第二封装层中具有暴露所述第四电极、参比电极的通孔。

[0028] 本发明还提供了一种基于有机晶体管微阵列的气体和生物分子传感芯片包括：

[0029] 气体分子传感阵列模块，包括呈阵列排布的多个气体分子传感像素单元，每行共用所述OECT气体分子传感像素单元第一底栅电极；

[0030] 生物分子传感阵列模块，包括呈阵列排布的多个生物分子传感像素单元，每行共用所述OECT生物分子传感像素单元第一底栅电极；

[0031] 温度传感列模块，包括单独一列排布的所述温度传感像素单元；

[0032] pH传感行模块，包括单独一行排布的所述pH传感像素单元，所述pH传感像素单元共用参比电极。

[0033] 优选的，所述基于有机晶体管微阵列的气体和生物分子传感芯片还包括：

[0034] 控制模块；

[0035] 行选电路模块，连接所述开关晶体管的所述第一底栅电极，用于传输扫描控制信号；

[0036] 读取电路模块，用于给所述有机电化学晶体管和所述pH传感元素单元提供栅极偏压；同时读出所述有机电化学晶体管、温度传感像素单元、pH传感像素单元的电流信号，并传输至所述控制模块进行分析。

[0037] 本发明的有益效果是：

[0038] 1、在同一基底上实现了低电压工作的有机薄膜晶体管和有机电化学晶体管的异质集成，可通过溶液法/印刷工艺加工，成本低，可定制性强。

[0039] 2、结合温度、pH值，对多种气体分子和溶液中多种生物分子进行检测，相较于单一物质浓度检测而言，提高了电极对待检测溶液的适应范围，同时可以在数据处理中消除其他干扰物质的影响，提高了检测精度。

[0040] 以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

[0041] 图1是本发明的一个较佳实施例中OECT气体分子传感像素单元和OECT生物分子传感像素单元的结构示意图；

[0042] 图2是本发明的一个较佳实施例的温度传感像素单元的结构示意图；

[0043] 图3是本发明的一个较佳实施例的pH传感像素单元的结构示意图；

[0044] 图4是本发明的一个较佳实施例的基于有机晶体管微阵列的气体和生物分子传感芯片的结构示意图。

具体实施方式

[0045] 以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

[0046] 在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

[0047] 附图1是本发明的一个优选实施例中提供了一种有机晶体管OECT气体分子和OECT生物分子传感像素单元结构示意图。如图1所示，本具体实施方式提供的所述气体分子和生物分子传感像素单元包括第一开关晶体管10，所述开关晶体管10为有机薄膜晶体管，包括：

[0048] 衬底100；

[0049] 设置于所述衬底100表面的第一底栅电极101；

[0050] 覆盖于所述第一底栅电极101的底栅绝缘层102；

[0051] 同层设置于所述底栅绝缘层102表面的第一源极103、第一漏极104；

[0052] 覆盖所述第一源极103、第一漏极104以及所述第一源极103、第一漏极104之间的底栅绝缘层102的第一有机半导体层105，以上形成开关晶体管10；

[0053] 所述气体分子和生物分子传感像素单元还包括：

[0054] 覆盖所述第一有机半导体层105的第一封装层106；

[0055] 覆盖第一封装层106的防水层107；

[0056] 所述OECT气体分子和OECT生物分子传感像素单元还包括有机电化学晶体管11，所述有机电化学晶体管11包括：

[0057] 同层设置于所述防水层107的第二源极110、第二漏极111和栅电极114，其中第二源极110通过通孔电极108与所述开关晶体管的第一漏极104相连；

[0058] 覆盖所述第二源极110、第二漏极111以及所述第二源极110、第二漏极111之间的防水层107的电化学沟道层112；

[0059] 覆盖所述栅电极114的功能化修饰层115。

[0060] 附图1中两个虚线框分别表示开关晶体管10和有机电化学晶体管11，所述开关晶体管10是电路中的开关器件，可以控制所述有机电化学晶体管11是否导通；而所述有机电化学晶体管11是芯片中的传感单元，可以实现对溶液中特定检测物浓度的信号检出。

[0061] 优选的，所述气体分子和生物分子传感像素单元还包括：

[0062] 位于所述有机电化学晶体管11和所述防水层107上面的第二封装层117，所述第二封装层117中具有暴露所述电化学沟道层112的第一通孔113以及暴露所述功能化修饰层115的第二通孔116。

[0063] 所述第一封装层106和第二封装层117的材料可以是但不限于聚乙烯(PE)。

[0064] 优选的，所述开关晶体管的第一源极103、第一漏极104和有机电化学晶体管的第二源极110、第二漏极111、栅电极114以及连接第一漏极104和第二源极110的第一通孔电极108的材料均为金，也可以根据实际要求选择其他具有低化学反应活性的惰性电极材料。

[0065] 优选的，所述底栅绝缘层102的材料可以是但不限于聚肉桂酸乙烯酯(PVCN)或聚偏氟乙烯(PVDF)等聚合物材料。

[0066] 优选的，所述第一有机半导体层105的材料可以是但不限于并五苯(TIPS‑pentacene)等有机导电小分子材料。

[0067] 优选的，所述防水层107的材料可以是但不限于酚醛树脂、聚酰亚胺等聚合物材料。

[0068] 优选的，所述电化学沟道层112的材料可以是但不限于PEDOT：PSS、PANI，本领域技术人员也可以选择其他的金属或导电聚合物。

[0069] 优选的，应用于气体分子检测时，所述功能修饰层115可以是但不限于修饰了氧还原催化剂，二氧化碳还原催化剂以及一氧化氮催化剂的透气复合层，可以根据不同气体的检测需求修饰不同的气敏催化材料。

[0070] 在实际检测过程中，首先利用密封袋对于待检测气体样本采样并密封，再将气体以一定的流速通入一定体积的缓冲溶液中得到了包含气体样本信息的液体样本。有机电化学晶体管11的电化学沟道层112和栅电极114一同浸置在该液体样本中，当开关晶体管10打开的时候，由于栅电极114对溶液中待检测物质浓度的敏感性，使得电化学晶体管11的漏电流发生改变，该漏电流信号通过开关晶体管10的第一漏极104，作为信号输出。

[0071] 优选的，应用于生物分子检测时，有机电化学晶体管11的功能修饰层115可以是但不限于修饰了葡萄糖酶或尿酸酶、多巴胺酶、乳酸酶等酶的介孔碳膜，可以根据实际需求选择对待检测物质敏感的电极。

[0072] 在实际检测过程中，有机电化学晶体管的沟道112和栅电极114一同浸置在溶液中。当开关晶体管10打开的时候，由于栅电极114对溶液中待检测生物分子浓度的敏感性，使得电化学晶体管11的漏电流发生改变，该漏电流信号通过开关晶体管10的第一漏极104，作为信号输出。

[0073] 本发明的一个优选实施例中还提供了一种基于有机薄膜晶体管技术的温度传感像素单元，附图2是本实施例中所述像素单元的结构示意图。如图2所示，本具体实施例提供的温度传感像素单元包括开关晶体管20。

[0074] 所述开关晶体管20为有机薄膜晶体管，包括：衬底200；设置于所述衬底200表面的底栅电极201；覆盖于底栅电极201的底栅绝缘层202；同层设置于所述底栅绝缘层202表面的源极203、漏极204；覆盖所述源极203、漏极204以及所述源极203、漏极204之间的底栅绝缘层202的第一有机半导体层205；以上形成开关晶体管20。

[0075] 所述温度传感像素单元还包括：

[0076] 覆盖所述第一有机半导体层205的第一封装层206；覆盖封装层206的防水层207。

[0077] 所述温度传感像素单元还包括：温度传感单元21，所述温度传感单元21包括：同层设置于防水层之上的第一电极210、温敏电阻211、第二电极212；连通第一电极210和开关晶体管第一漏极204的第三电极208，以上形成温度传感单元21。

[0078] 附图2中两个虚线框分别表示开关晶体管20和温度传感单元21，所述开关晶体管20是电路中的开关器件，可以控制所述温度传感单元21是否导通；而温度传感单元21可以实现对溶液实时温度的检出。

[0079] 优选的，温敏电阻211的材料可以是Pt、PEDOT：PSS等金属或导电聚合物材料。

[0080] 在实际检测过程中，当开关晶体管20打开的时候，由于封装层213的作用，温敏电阻并不直接和溶液接触，但是溶液温度传导至温敏电阻处，电阻阻值发生变化，电路中电流随之改变，该电流信号作为输出信号导出。

[0081] 本发明的一个优选实施例中还提供了一种基于有机薄膜晶体管技术的pH传感像素单元，附图3是本具体实施方式中该pH传感像素单元的结构示意图。如图3所示，本具体实施方式提供的pH传感像素单元包括开关晶体管30与pH传感晶体管31。

[0082] 所述pH传感像素单元包括：衬底300；同层设置于所述衬底300表面的第一底栅电极301和第二底栅电极310；覆盖于所述第一底栅电极301和第二底栅电极310的底栅绝缘层302；同层设置于所述底栅绝缘层302表面的第一源极303、公共电极304和第三源极312，且所述公共电极304位于所述第一源极303和所述第三源极312之间；覆盖所述第一源极303、部分所述公共电极304以及所述第一源极303与所述公共电极304之间的底栅绝缘层302的第一有机半导体层305；覆盖所述第三源极312、部分所述公共电极304以及所述第三源极
312与所述公共电极304之间的底栅绝缘层302的第二有机半导体层311；覆盖所述第一有机半导体层305和第二有机半导体层311的封装层306；覆盖所述封装层306的防水层307；

[0083] 同层覆盖于所述防水层307之上的修饰有H+敏感材料315的第四电极314与印刷有Ag/AgCl墨水316和含饱和氯盐的多孔聚合物膜317的参比电极，以形成电连接的开关晶体管30和pH传感晶体管31，其中所述电极314通过贯穿层间的第二通孔电极313与所述第二底栅电极310相连接。

[0084] 附图3中两个虚线框分别表示开关晶体管30和pH传感晶体管31，所述开关晶体管30为有机薄膜晶体管，是电路中的开关器件，开关晶体管30可以控制pH传感晶体管31是否导通；而所述pH传感晶体管31可以实现对溶液实时pH的检出。

[0085] H+敏感电极材料可以但不限于PANI、氧化铟锡(ITO)等材料。

[0086] Ag/AgCl墨水为商用产品，两者质量比在1：1到4：1之间均可，氯盐为氯化钠或者氯化钾，多孔聚合物膜的材料可以是聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或者聚氯乙烯(PVC)。

[0087] 在实际检测过程中，pH传感晶体管31的第四电极和参比电极直接与溶液接触。当+ +开关晶体管30打开的时候，由于待检测溶液中H浓度不同，会改变H敏感膜与电解质溶液界面电势，导致源漏之间电流发生改变，漏电流作为输出信号导出。

[0088] 不仅如此，本发明的一个优选实施例还提供了一种基于有机晶体管微阵列的气体和生物分子传感芯片，附图4是本发明具体实施方式中所述微阵列芯片的结构示意图。如图4所示，本具体实施方式提供的微阵列芯片包括：

[0089] 气体分子传感阵列模块，包括呈阵列排布的多个气体分子传感像素单元1，每行共用所述OECT气体分子传感像素单元栅电极114；

[0090] 生物分子传感阵列模块，包括呈阵列排布的多个生物分子传感像素单元2，每行共用所述OECT生物分子传感像素单元栅电极114；

[0091] 温度传感列模块，包括单独一列排布的所述温度传感像素单元3；

[0092] pH传感行模块，包括单独一行排布的所述pH传感像素单元4，它们共用参比电极；

[0093] 所述行选电路模块5，连接所述开关晶体管的第一底栅电极101、201、301，用于向所述开关晶体管10、20、30传输行选扫描信号，以实现每一行的打开与关闭。

[0094] 所述读取电路模块6，连接所述有机电化学晶体管的控制栅电极114的开关晶体管的第一源极，用于提供栅源之间的电压偏置信号；所述读取电路模块还连接所述第一源极103、203、303，分别实现气体分子传感信号或生物分子传感信号、温度传感信号、pH传感信号的读取。

[0095] 所述基于有机晶体管微阵列的气体和生物分子传感芯片的底层是OFET开关阵列背板，上层是OECT气体分子、OECT生物分子有机电化学晶体管和温度传感单元、pH传感单元阵列排布。OFET作为每个像素单元的寻址开关，实现对单个像素单元的控制和读取。在所述OECT气体分子和生物分子传感像素单元中，OECT用以实现气体分子和生物分子浓度到检出电流的转化，OFET开关用以实现传感电流的选通输出和工作栅极偏置电压的选通输出。在所述温度传感像素单元中，所述温敏电阻用以实现温度到电阻值的转化，OFET开关晶体管用以实现温敏电阻对应传感电流的选通输出。在pH传感像素单元中，所述pH传感晶体管用以实现溶液pH到检出电流的转化，同样地，OFET开关晶体管用以实现传感电流的选通输出和参比电极偏置电压的选通输出。这样，通过开关晶体管和有机化学晶体管及温度传感单元、PH传感单元的单片集成，可以获取溶液中多种气体分子和生物分子浓度、温度和pH等信息，加之以后续的数据处理可以进一步提高检出的准确性。

[0096] 对于气体分子的检测，以氧气、二氧化碳、一氧化氮的多组分检测为例，一个典型的检测步骤如下：

[0097] 步骤一、用一个体积一定密封袋收集待检测的气体样本，并将气体样本以一定的流速通入到一定体积的缓冲溶液中得到包含气体的浓度信息的液体样本。

[0098] 步骤二、将封装好的所述器件平放在工作台上，用移液枪移取1mL待检测溶液样本滴在器件表面，使之充分覆盖各个传感像素单元，等待一分钟；

[0099] 步骤三、所述控制模块发送选通电路信号至所述行选电路模块5，所述行选电路模块5选通第i行所有列的开关晶体管；同时，Vbias选择合适的电压使得待检测气体能在OECT气体分子传感像素单元的电极表面发生氧化还原反应；然后将传感、检测电路的电流信号传给所述读取电路模块6；

[0100] 步骤四、重复如上所述步骤三，直至对溶液中氧气、二氧化碳、一氧化氮这三种待检测气体的检测电流全部读出；

[0101] 步骤五、行选电路选通最后一行，将所述温敏传感像素单元电路和所述pH传感像素单元电路的电流信号传给读取电路模块6；

[0102] 步骤六、所述读取电路模块6所获取的全部测量数据，发送给所述控制模块进行处理，根据在对应温度和pH下待检测气体的浓度‑电流曲线分析得出该待检测气体的浓度。

[0103] 对于生物分子的检测，以葡萄糖、抗坏血酸、多巴胺、尿酸多组分检测为例，一个典型的检测过程包括步骤如下：

[0104] 步骤一、将封装好的所述器件平放在工作台上，用移液枪取1mL待检测溶液滴在器件表面，使之充分覆盖各个传感电极，等待一分钟；

[0105] 步骤二、所述控制模块发送选通电路信号至所述行选电路模块5，所述行选电路模块5选通第i行所有列的开关晶体管；同时，Vbias选择合适的电压使得待检测物质能在所述OECT生物分子传感像素单元的电极表面发生反应；然后将所述温敏传感像素单元电路、有机电化学晶体管检测电路的电流信号传给所述读取电路模块6；

[0106] 步骤三、重复如上所述步骤二，直至对葡萄糖、抗坏血酸、多巴胺、尿酸这四种待检测物质的检测电流全部读出；

[0107] 步骤四、所述行选电路模块5选通最后一行，将所述温敏传感像素单元电路和pH传感像素单元电路的电流信号传给所述读取电路模块6；

[0108] 步骤五、所述读取电路模块6所获取的全部测量数据，发送给所述控制模块进行处理，根据在对应温度和pH下待检测物质的浓度‑电流曲线分析得出该待检测物质的浓度。

[0109] 在如上检测实例中，每一种待检测物质和溶液pH都进行了三次测量，降低了不同传感单元之间的测量误差。同时，对于特定待检测物质，其他物质浓度是一种干扰项，也可以在后期数据处理中进行校正消除，这样，进一步地提高了多组分检测的精度。

[0110] 以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。