使用容性传感器确定生物分子的等电点的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种使用容性传感器确定生物分子的等电点的方法和系统。提供一种用于确定分子的等电点的机制。测量电容器的第一组电容-电压曲线。所述电容器包括衬底、介电层和导电溶液。在所述分子未与所述电容器的所述介电层上的功能化材料结合的情况下，针对所述溶液的pH值测量所述第一组曲线。当所述分子存在于所述溶液中时，测量所述电容器的第二组电容-电压曲线，其中所述分子与所述电容器的所述介电层的所述功能化材料结合。在每个pH值处，确定所述第二组曲线从所述第一组曲线的移位。当将所述移位与所述pH值相比较时，通过外推与移位电压为零对应的pH值而确定所述分子的所述等电点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种使用容性传感器确定生物分子的等电点的方法和系统。提供一种用于确定分子的等电点的机制。测量电容器的第一组电容-电压曲线。所述电容器包括衬底、介电层和导电溶液。在所述分子未与所述电容器的所述介电层上的功能化材料结合的情况下，针对所述溶液的pH值测量所述第一组曲线。当所述分子存在于所述溶液中时，测量所述电容器的第二组电容-电压曲线，其中所述分子与所述电容器的所述介电层的所述功能化材料结合。在每个pH值处，确定所述第二组曲线从所述第一组曲线的移位。当将所述移位与所述pH值相比较时，通过外推与移位电压为零对应的pH值而确定所述分子的所述等电点。【专利说明】使用容性传感器确定生物分子的等电点的方法和系统
本专利技术涉及生物分子，更具体地说，涉及使用容性传感器确定生物分子的等电点。
技术介绍
生物分子的等电点被定义为生物分子上的净电荷在该处为零的pH。它是蛋白质的主要属性，在纯化和溶解度中起着重要作用。等电点还用作蛋白质的识别标记。图1示出用于根据电泳确定等电点的典型方法和装备。在图1中，典型的装置需要高压(>50V)并且耗时(?2至16小时)，因此成本高昂。典型的装置约为I平方英尺以便测量等电点。
技术实现思路
根据一个实施例，提供了一种确定目标分子的等电点的方法。所述方法包括测量电容器的第一多个电容-电压曲线。所述电容器包括衬底、介电层和导电溶液。在所述目标分子未与所述电容器的所述介电层上的功能化材料结合的情况下，针对所述导电溶液的多个PH值而测量所述第一多个电容-电压曲线。所述方法包括当所述目标分子存在于所述导电溶液中时，测量所述电容器的第二多个电容-电压曲线，其中所述目标分子与所述电容器的所述介电层的功能化材料结合。所述方法包括在所述多个PH值中的每个pH值处，确定所述第二多个电容-电压曲线从所述第一多个电容-电压曲线的移位，并且在将多个移位电压处的所述移位与所述多个pH值相比较时，通过外推与移位电压为零对应的pH值而确定所述目标分子的所述等电点。根据一个实施例，提供了一种用于确定目标分子的等电点的系统。所述系统包括在衬底上布置的介电层、所述介电层上的功能化材料和所述介电层上的导电溶液。所述衬底、所述介电层和所述导电溶液形成电容器。所述系统包括所述导电溶液中的第一触点和所述衬底上的第二触点。经由所述第一触点和所述第二触点测量所述电容器的第一多个电容-电压曲线。在所述目标分子不存在于所述电容器的所述导电溶液中的情况下，针对所述导电溶液的多个PH值而测量所述第一多个电容-电压曲线。当所述目标分子存在于所述导电溶液中时，经由所述第一触点和所述第二触点测量所述电容器的第二多个电容-电压曲线，其中所述目标分子与所述电容器的所述介电层的顶面上的所述功能化材料结合。在所述多个PH值中的每个pH值处，经由测试设备确定所述第二多个电容-电压曲线从所述第一多个电容-电压曲线的移位。在将多个移位电压处的所述移位与所述多个PH值相比较时，通过外推与移位电压为零对应的PH值而经由所述测试设备确定所述目标分子的所述等电点。根据一个实施例，提供了一种用于确定目标分子的等电点的非瞬时性计算机程序产品。所述计算机程序产品包括计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质具有随其包含的程序代码。所述程序代码可由处理电路执行以便执行一种方法，所述方法包括测量电容器的第一多个电容-电压曲线，其中所述电容器包括衬底、介电层和导电溶液。在所述目标分子不存在于所述电容器的所述导电溶液中的情况下，针对所述导电溶液的多个PH值而测量所述第一多个电容-电压曲线。所述方法包括当所述目标分子存在于所述导电溶液中时，测量所述电容器的第二多个电容-电压曲线，其中所述目标分子与所述电容器的所述介电层的顶面结合。所述方法包括在所述多个PH值中的每个pH值处，确定所述第二多个电容-电压曲线从所述第一多个电容-电压曲线的移位，并且在将多个移位电压处的所述移位与所述多个PH值相比较时，通过外推与移位电压为零对应的pH值而确定所述目标分子的所述等电点。通过本专利技术的技术实现其它特性和优点。在此详细描述了本专利技术的其它实施例和方面，并且这些实施例和方面被视为要求保护的本专利技术的一部分。为了更好地理解本专利技术以及优点和特性，参考说明书和附图。【专利附图】【附图说明】在说明书结尾处的权利要求中具体指出并明确要求保护了被视为本专利技术的主题。从下面结合附图的详细描述，本专利技术的上述和其它特性和优点将变得显而易见，这些附图是:图1示出用于根据电泳确定等电点的典型方法和装备；图2是根据一个实施例的电容器设备的截面图；图3A和3B共同描述根据一个实施例的本专利技术的过程流；图4是根据一个实施例的在设备中存在和不存在分子的情况下，在不同pH值处的电容-电压曲线的图；图5是根据一个实施例的依据导电溶液的不同pH值而绘制的电容-电压曲线的图；图6是根据一个实施例的确定分子的等电点的方法。【具体实施方式】本专利技术的一个实施例提供一种容性技术，该技术使用在硅上沉积的覆盖介电薄膜作为传感器电容器设备以便测量目标分子的等电点。容性传感器技术快速、成本低廉并且小型化(例如，仅几个平方毫米(_2)的面积)。此外，传感器设备使用低压(〈1.5V)并且需要较小的蛋白质样本体积(〈30yL)。该传感器可以轻松与CMOS (互补金属氧化物半导体)技术集成以形成用于测量等电点的便携低功率的设备。所述实施例示出一种备选方法，以便使用在硅上生长的覆盖Si02/Hf02薄膜作为介电层来测量蛋白质的等电点。还可以使用其它介电层。通过在目标分子与介电表面结合之前和之后进行测量来测量等电点。所述方法灵敏、廉价并且小型化。现在转到附图，图2是根据一个实施例的电容器设备200的截面图。设备200是电容器并且作为电容器工作。当分子在设备200中时，设备200可以作为传感器工作以便确定该分子的等电点，如在此讨论的那样。设备200包括衬底205。用于衬底205的材料可以包括硅(Si)。可以在衬底205上沉积介电层210。在一种情况下，可以在硅衬底205上生长介电层210，并且介电层210可以包括二氧化娃(Si02)。在一种情况下,可以在介电层210上沉积另一个介电层215。介电层215可以是氧化铪(Hf02)。此外，介电层230示出可以使用相同的介电材料(例如，单一介电薄膜)或者不同的材料(例如，多个介电薄膜)。例如，介电层230可以是SiO2、HfO2、Al2O3和/或双层的两个不同介电薄膜。在此处讨论的实验中，使用SiO2 (2nm)和HfO2 (4nm)的叠层作为介电层230，并且HfO2层与导电溶液225接触。此外，可以使用材料235功能化介电层215，材料235被配置并设计为在测试期间与目标分子255结合。在此进一步讨论实例功能化材料235和目标分子255。设备200包括储存器(holder)220，其在操作上附接到介电层215。储存器220可以是密封到介电层215的塑料容器，并且储存器220具有面向介电层215的顶面的开口(在其底部处)。储存器220包含导电溶液225，并且介电层215作为储存器220的底部。导电溶液225可以是电解质溶液(S卩，缓冲溶液)。在测试期间，导电溶液225包含被测试的分子25本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定目标分子的等电点的方法，所述方法包括：测量电容器的第一多个电容‑电压曲线，所述电容器包括衬底、介电层和导电溶液；其中在所述目标分子未与所述电容器的所述介电层上的功能化材料结合的情况下，针对所述导电溶液的多个pH值而测量所述第一多个电容‑电压曲线；当所述目标分子存在于所述导电溶液中时，测量所述电容器的第二多个电容‑电压曲线，其中所述目标分子与所述电容器的所述介电层的所述功能化材料结合；在所述多个pH值中的每个pH值处，确定所述第二多个电容‑电压曲线从所述第一多个电容‑电压曲线的移位；以及在将多个移位电压处的所述移位与所述多个pH值相比较时，通过外推与移位电压为零对应的pH值而确定所述目标分子的所述等电点。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A·阿夫扎利阿尔达卡尼，C·P·帝米克，A·雅戈迪亚尼，S·扎法尔，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US