本发明专利技术涉及用于测量的多线纳米线场效应晶体管(nwFET)装置。该装置包含具有第一端和第二端的传感纳米线和具有第一端和第二端的纳米线FET，其中传感纳米线的第一端与纳米线FET连接以形成节点。此外，纳米线FET的第一端与源极连接，纳米线FET的第二端与漏极连接，且传感纳米线的第二端与基极连接。该传感纳米线衍生有多个对感兴趣的靶特异的固定化的捕获探针。该装置用于检测生物分子或检测样品中的离子环境的变化。在进一步的实施方式中，传感纳米线衍生有氨基、羧基或羟基。当离子环境变化，或分子与传感纳米线结合，传感纳米线电流(IB)波动。波动被放大并读出为纳米线FET漏极电流(ID)。因此，本发明专利技术提供生物分子的无标记检测并可寻求作为床边检测的诊断装置。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有提高的灵敏度的纳米线场效应晶体管生物传感器交叉引用相关申请本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2010年12月3日递交的美国临时申请系列号61/419,434和2011年6月7日递交的美国临时申请系列号61/494,373的权利，为所有的目的经由援引将二者以它们的全部内容合并入本文。专利技术背景带电荷的生物分子、化学品和离子的实时的和无标记的传感在很多应用中是有用的，例如毒素检测、疾病诊断和药物筛选。对于高特异性的生物分子检测，已开发了分类为基于荧光的检测或无标记的检测的多种光学传感方法。虽然基于荧光的检测在一些情况下允许达到单个分子的灵敏度，但是不精确的每分子的荧光团数目限制了这些测定的定量性质。包括折射率变化、光学吸收、和拉曼光谱检测的无标记的光学方法是相对简单但是被可度量性和灵敏度所牵制。据研究高灵敏度的基于MEMS的机械生物传感器使用光学或电子检测设计之一以追踪生物功能化的受体层和靶分子之间特异性结合时的悬臂位移。但是，为了提高灵敏度，必须减小悬臂尺寸到纳米尺度，而这由于在点聚焦过程中的衍射损害了光学检测的前途。虽然集成的压阻的悬臂生物传感器取消了光学检测部件，但是这些装置对准静态表面层的固有检测引起压力并限制这些装置用于追踪基于亲和性的纳秒或微秒级的相互作用的随机性。当靶分子存在于许多弱结合的物质中时，该限制特别确切。准-1-D半导体纳米线特别适用于高灵敏度的无标记的检测应用。它们微米尺度至纳米尺度的体积和大的表面对体积比分别有利于批量检测(bulkdetection)(例如，辐射和表面传感)，例如，用于检测生物化学分子。此前半导体纳米线已有配置为衬底栅控(substrate-gated)FET通道。在绝缘体层上暴露的Si纳米线展现出对于免疫球蛋白<100fM和对于DNA的～10fM的检测限(LOD)。这些传感纳米线也被集成入具有微流体模块的检测系统。专利技术概述对于集成的传感系统的用途，硅纳米线场效应晶体管(SinwFET)由于它们的可度量性和良好的灵敏度是特别有吸引力的。常规nwFET的共同缺陷是低水平的输出信号，这影响了该装置的最终性能。本专利技术解决了该问题和其它的需求。一方面，本专利技术涉及多线纳米线场效应晶体管(nwFET)装置。在一个实施方式中，该装置包含具有第一端和第二端的传感纳米线和具有第一端和第二端的纳米线FET，其中传感纳米线的第一端与纳米线FET连接以形成节点。传感纳米线和纳米线FET各包含至少一种半导体材料。此外，纳米线FET的第一端与源极(sourceelectrode)连接，纳米线FET的第二端与漏极(drainelectrode)连接，且传感纳米线的第二端与基极(baseelectrode)连接。在进一步的实施方式中，传感纳米线的第一端以约10°和170°之间的角度与纳米线FET连接。在一个实施方式中，该传感纳米线衍生有多个固定化的对感兴趣的靶有特异性的捕获探针。在进一步的实施方式中，该传感纳米线衍生有自由氨基。加到该装置上的溶液的pH变化改变氨基上的电荷，并因此改变传感纳米线的电学性质，例如导电性。来自传感纳米线的信号由纳米线FET放大产生较好的灵敏度。在另一实施方式中，nwFET装置包含具有第一端和第二端的传感纳米线和具有第一端和第二端的纳米线FET,并且传感纳米线的第一端以约90°的角度与纳米线FET连接以形成节点，从而产生T型构造。在一个实施方式中，传感纳米线的第一端和第二端与纳米线FET的第一端和第二端在相同的平面。在另一实施方式中，传感纳米线的第二端与纳米线FET的第一端和第二端在不同的平面。在一个实施方式中，提供了多线纳米线场效应晶体管(nwFET)装置。该装置包含具有第一端和第二端的传感纳米线和具有第一端和第二端的纳米线FET，其中传感纳米线的第一端与纳米线FET连接以形成节点，纳米线FET的第一端与源极连接，纳米线FET的第二端与漏极连接，传感纳米线的第二端与基极连接。所述传感纳米线和纳米线FET各包含至少一种半导体材料。在进一步的实施方式中，传感纳米线的第一端以约10°和约170°之间的角度与纳米线FET连接。在进一步的实施方式中，在硅衬底上例如在氧化硅上制作纳米线。在甚至进一步的实施方式中，传感纳米线和纳米线FET具有约一个或更多个相同的尺寸(例如，大约相同的高度、宽度、宽高比和/或长度)。另一方面，本文中提供的纳米线FET传感器被用作生物传感器。例如，在一个实施方式中，传感纳米线直接地或通过使用接头分子衍生有多个固定化的捕获探针。在一个实施方式中，固定化的捕获探针是同质的，即，各个探针对相同的靶有特异性。在另一实施方式中，固定化的捕获探针是异质的，即，至少第一种捕获探针对第一种靶有特异性和至少第二种捕获探针对第二种靶有特异性。在一个实施方式中，固定化的捕获探针是特异性结合对的一部分。将可含有或不含有该固定化的捕获探针的特异性结合配偶体(即，靶分子)的测试样品加到该装置上。在一个实施方式中，该样品是电解液、血样品或细胞裂解物。在另一实施方式中，该样品是生理学样品，并在加到该装置上之前经过一些处理(例如，PCR)。如果样品包含靶分子，其将结合到装置上，并引发各种有关电的量的变化，例如电流、电容和电阻。在一个实施方式中，读出nwFET的漏极电流的变化以确定是否发生结合事件。一方面，本专利技术提供新型nwFET传感器结构，其具有T-型通道(T-nwFET)以引入内嵌的、晶体管样的信号放大机制。通过设计纳米线的电阻和电压偏置，传感纳米线电流(IB)在传感事件上的任何波动密切地放大和读出为纳米线FET漏极电流(ID)。在一个实施方式中，将多个装置串联在一起以获得多级信号放大。换言之，来自第一装置的信号被第二装置的nwFET放大以产生放大的第二信号。如果串联有第三装置，来自第二装置的第二信号被第三装置的nwFET放大以产生放大的第三信号。因此，在一个实施方式中，本专利技术提供串联连接的多个nwFET装置。在进一步的实施方式中，所述多个装置包括两个、三个、四个或五个装置。在一个实施方式中，本文中提供的装置通过自上向下的纳米加工制造。肖特基结方案充分地降低了制造的热预算和免去了任何复杂的掺杂结(dopantjunction)加工。另一方面，提供检测样品中pH变化的方法。在一个实施方式中，该方法包括测量与nwFET装置关联的基线漏极电流(ID)，所述nwFET装置包含具有第一端和第二端的传感纳米线和具有第一端和第二端的纳米线FET，其中传感纳米线的第一端以约10°和170°之间的角度与纳米线FET连接以形成节点。纳米线FET的第一端与源极连接，纳米线FET的第二端与漏极连接，且传感纳米线的第二端与基极连接。所述传感纳米线具有自由氨基。该方法进一步包括将测试样品加到传感纳米线上，并在加入样品后测量ID的变化，其中ID的变化与测试样品的pH变化相关联。仍另一方面，提供检测样品中分子存在或不存在的方法。在一个实施方式中，该方法包括测量与nwFET装置关联的基线漏极电流(ID)，所述nwFET装置包含具有第一端和第二端的传感纳米线和具有第一端和第二端的纳米线FET，其中传感纳米线和纳米线FET各包含至少一种半导体材料，传感纳米线的第一端与纳米线FET连接本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.12.03 US 61/419,434;2011.06.07 US 61/494,3731.多线纳米线场效应晶体管nwFET装置，其包含具有第一端和第二端的第一纳米线和具有第一端和第二端的第二纳米线，其中所述第一纳米线和所述第二纳米线各自包含至少一种半导体材料，所述第一纳米线的第一端与所述第二纳米线连接以形成节点，所述第二纳米线的第一端与源极连接，所述第二纳米线的第二端与漏极连接，且所述第一纳米线的第二端与基极连接，其中所述第二纳米线被钝化，其中所述第一纳米线衍生有多个固定化的捕获探针，且其中所述多个固定化的捕获探针结合一种或更多种核酸、蛋白质、抗原、或其片段。2.权利要求1的nwFET装置，其中所述第一纳米线的第一端以10°至170°的角度与所述第二纳米线连接以形成所述节点。3.权利要求1的nwFET装置，其中所述至少一种半导体材料选自组IV半导体材料、组III-V半导体材料、组II-VI半导体材料、组I-VII半导体材料、组IV-VI半导体材料、组V-VI半导体材料、组II-V半导体材料、氧化物、有机半导体材料和分层的半导体材料。4.权利要求3的nwFET装置，其中所述半导体材料是硅。5.权利要求1的nwFET装置，其中所述第一纳米线垂直于所述第二纳米线。6.权利要求1的nwFET装置，其中所述第一纳米线和所述第二纳米线具有相同的尺寸。7.权利要求1的nwFET装置，其中所述第一纳米线和所述第二纳米线的宽度独立地各在10nm至3000nm的范围内。8.权利要求1的nwFET装置，其中所述第一纳米线和所述第二纳米线的宽度独立地各在50nm至1000nm的范围内。9.权利要求1的nwFET装置，其中所述第一纳米线和所述第二纳米线的宽度独立地各在100nm至500nm的范围内。10.权利要求1的nwFET装置，其中所述第一纳米线和所述第二纳米线的宽度独立地选自10nm、25nm、50nm、75nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm、500nm、1000nm、2000nm和3000nm。11.权利要求1的nwFET装置，其中所述第一纳米线和所述第二纳米线的长度独立地选自50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、150nm、200nm、500nm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、10μm、20μm和30μm。12.权利要求1的nwFET装置，其中各电...
【专利技术属性】
技术研发人员：C·O·徐，KS·沈，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：
国别省市：
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