用于感测分子相互作用的基于碳纳米管的装置制造方法及图纸

公开了装置和方法，其具有(a)在基底(20)表面上暴露的半导体单壁碳纳米管通道(10)，其中所述暴露的半导体单壁碳纳米管通道被官能化为具有与目标分析物同源的捕获部分，(b)连接所述暴露的半导体单壁碳纳米管通道的相对端的源电极和漏电极(50)，和(c)其中所述源电极和所述漏电极以检测通过所述暴露的半导体单壁碳纳米管通道的电流响应于与其接触的分析物的变化的方式电连接。优选地，所述半导体碳纳米管网络被芘丁酸＝修饰。

Carbon nanotubes based devices for sensing molecular interactions

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于感测分子相互作用的基于碳纳米管的装置相关申请本申请要求2017年10月10日提交的题为“用于感测分子相互作用的基于碳纳米管的装置(CARBONNANOTUBE-BASEDDEVICEFORSENSINGMOLECULARINTERACTION)”的美国临时申请序列第62/570,239号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本专利技术涉及使用官能化碳纳米管基底测量电导变化来感测分子相互作用的装置以及制造所述装置的方法。
技术介绍
碳纳米管装置是已知的。参见US7,416,699、US6,528,020和US7,166,325。然而，碳纳米管装置可能无法在分析生物分子(如在生物样品中)所需的灵敏度水平下操作。因此，需要开发具有对感测生物分子(如生物样品中)的灵敏度的基于碳纳米管的装置。
技术实现思路
本公开的方面涉及使用官能化碳纳米管基底来检测响应于与官能化碳纳米管基底的分子相互作用的电导的装置。根据一个方面，碳纳米管基底的特征在于高表面积和半导体属性，其允许由于碳纳米管基底的电导变化而检测到分子相互作用。根据一个方面，使用本领域技术人员已知的方法将碳纳米管基底制造到支撑件上，以产生可由于目标分析物与碳纳米管基底(如生物分子)的相互作用而生成电导变化的碳纳米管基底。这类碳纳米管基底的特征在于足够的纳米管定向排列以生成电导。根据一个方面，碳纳米管基底具有高度的碳纳米管定向排列，即大于85％、大于90％、大于95％、大于96％、大于97％、大于98％或大于99％。根据一个方面，碳纳米管基底具有高密度的碳纳米管定向排列。碳纳米管基底的特征在于管与管之间的接触电阻降低，从而产生高电导率，支持检测样品中浓度至少在飞摩尔范围内的目标分析物。在支撑件上制造这类碳纳米管基底的方法包括旋涂或本领域已知的连续的浮动蒸发组装。这类碳纳米管基底被制成具有大的每宽度通导和大的开/关比的晶体管。根据一个方面，只要待检测的分析物是生物样品中的生物分子，就可使用光刻技术将碳纳米管基底制成生物传感器。根据一个方面，本公开提供了一种基于场效应晶体管(FET)装置的用于无标签感测的生物传感器装置，所述场效应晶体管(FET)装置包括具有如本文所述的电导的碳纳米管基底。在示例性方面，此晶体管由两个端子(源极和漏极)及控制装置电阻的栅极组成。与生物感测应用相关的装置在一个方面包括碳纳米管基底，其中碳纳米管是定向排列的并且不是随机取向的。碳纳米管基底被官能化为具有一种或多种与目标分析物分子有关连的捕获分子种类，即其对一种或多种目标分析物分子种类具有亲和力。捕获分子可直接或通过合适的接头共价结合到碳纳米管基底。捕获分子可直接或通过合适的接头非共价结合到碳纳米管基底。捕获分子可如经由蛋白质-蛋白质相互作用、杂交或本领域技术人员已知的其它相互作用结合到目标生物分子。在以下对实施例及其附图的描述以及从权利要求书中，本公开的某些实施例的进一步特征和优点将变得更加显而易见。根据代表性方法，可简化或甚至省去一个或多个常规步骤，如与样品制备相关联的步骤。附图说明本专利或申请文件含有至少一幅彩色附图。具有彩色附图(一幅或多幅)的此专利或专利申请公开的复本将在请求和支付必需费用之后由专利局提供。从结合附图进行的说明性实施例的以下详细描述将更全面地理解本专利技术的实施例的前述和其它特征和优点，在附图中：图1是示为线110的石墨烯和示为线120的碳纳米管的电导动态范围的比较。图2A是图示本公开的实施例的各种方法步骤的示意图。图2B是图示本公开的替代实施例的各种方法步骤的示意图。图3是被设计成产生在单个大支撑件上制造的多个电子装置100的掩模的图示。图4是羧基共价或非共价附着到碳纳米管的各种实施例的图示。图5描绘了线510，所述线510表示在未经处理1-芘丁酸丁二酰亚胺基酯和附着到表面的荧光标记的氨基量子点的情况下，SiO2上的s-SWCNT的拉曼光谱。图5还示出了线520，所述线520描绘了经处理1-芘丁酸丁二酰亚胺基酯和附着到表面的荧光标记的氨基量子点的情况下，SiO2上的s-SWCNT的拉曼光谱。图6描绘了在碳纳米管的芘丁酸处理之后水滴的接触角测量。图7描绘了吸附在如本文所述的生物传感器装置的碳表面上的蛋白质的附着，其中未检测到超过德拜层(Debyelayer)的蛋白质吸附。图8A-D涉及本文所述的各种实施例的电流测量值。图9描绘了本公开的电路图，并且特别地示出了用来供应和测量电流的单个模拟源测量单元(SMU)的示意图。图10描绘了兔IgG的缔合和解离的数据。图11是图10中的背景扣除图。图12是用来产生具有连接碳纳米管通道的钯源和钯漏的传感器装置的阴影掩模的图示。图13是传感器装置与探针的键合以及与探针的电连接的封装的示意图。图14描绘了本文所述的装置的栅极电压与电导的关系。图15是描绘可操作地安装到探针的传感器装置的图示，其中探针将传感器装置递送到含有用于分析的样品的孔中。图16是描绘了用于将具有三根导线的TO集管对接到凹插座的示例性机械设计的图示。图17描绘了使用弹出销来迫使传感器装置所附着的TO-集管远离凹插座的实施例。图18描绘了浸入和读取系统的各种相互关联和相互连接的部件。图19是描绘使用磁体将TO-集管附着到水平取向的印刷电路板上的图示，其中传感器装置安装在底部上。图20是描绘通过位于传感器装置下方的焊料凸点将传感器装置的电引线连接到印刷电路板的电引线的图示。图21是描绘围绕传感器装置和印刷电路板之间的边缘的封装以产生竖直生物传感器的图示。图22是描绘竖直取向的传感器装置设计的图示。图23是图示传感器印刷电路板的连接实施例的示意图，所述传感器印刷电路板经由环形磁体连接到生物接触印刷电路板，所述环形磁体具有弹出销和传感器板上的6个接触垫，所述6个接触垫电连接到生物接触印刷电路板上的6个弹簧销。图24是描绘沿印刷电路板以竖直配置串联的8个传感器装置的图示。附图应被理解为呈现本专利技术的实施例和/或所涉及的原理的图示。对于具有本公开的知识的本领域技术人员将明显的是，其它装置、方法和分析仪器将具有部分地由其具体用途确定的配置和部件。贯穿附图的若干视图，相似的附图标记指代对应的部分。具体实施方式本公开的方面涉及一种传感器装置，所述传感器装置包括在晶体管环境内制成的官能化碳纳米管基底，当目标分析物或多个目标分析物接触官能化碳纳米管基底时，所述官能化碳纳米管基底能够检测电导的变化。根据一个方面，通过用碳纳米管涂覆晶片来产生碳纳米管晶片，以便产生导电的碳纳米管基底。示例性方法包括旋涂沉积工艺或连续的浮动蒸发自组装(FESA)工艺。本领域技术人员中的一个将理解，可采用本领域技术人员已知的其它合适的方法来产生导电碳纳米管基底。基于本公开，这类其它方法对于本领域技术人员将变得显而易见。根据某些方面，金属电极位于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造生物传感器装置的方法，其包含/n(a)在基底的表面上形成包含单壁碳纳米管的半导体层，/n(b)形成连接单壁碳纳米管通道的源电极和漏电极，和/n(c)在所述源电极的第一部分和所述漏电极的第一部分上方形成介电窗口，同时使所述源电极的第二部分、所述漏电极的第二部分和所述单壁碳纳米管通道暴露。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171010 US 62/570,2391.一种制造生物传感器装置的方法，其包含
(a)在基底的表面上形成包含单壁碳纳米管的半导体层，
(b)形成连接单壁碳纳米管通道的源电极和漏电极，和
(c)在所述源电极的第一部分和所述漏电极的第一部分上方形成介电窗口，同时使所述源电极的第二部分、所述漏电极的第二部分和所述单壁碳纳米管通道暴露。


2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(a)的所述包含单壁碳纳米管的半导体层通过连续、浮动的蒸发自组装或旋涂来形成。


3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)的所述源电极和所述漏电极通过以下步骤形成
在所述半导体层的表面上沉积光致抗蚀剂，
通过光刻法移除所述光致抗蚀剂的一部分以产生凹陷，
将金属沉积到所述凹陷中，以制成接触所述光致抗蚀剂的所述源电极和所述漏电极，和
移除所述光致抗蚀剂以产生所述源电极和所述漏电极。


4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)的连接所述源电极和所述漏电极的所述单壁碳纳米管通道通过以下步骤形成
在位于所述源电极和所述漏电极之间并连接所述源电极和所述漏电极的所述半导体层的一部分上沉积光致抗蚀剂，以产生所述半导体层的暴露部分，
移除所述半导体层的所述暴露部分以产生连接所述源电极和所述漏电极的所述单壁碳纳米管通道。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述单壁碳纳米管通道的长度在0.1微米和500微米之间。


6.根据权利要求1所述的方法，其中所述单壁碳纳米管通道的单壁碳纳米管至少95％定向排列。


7.根据权利要求1所述的方法，其中所述单壁碳纳米管通道被官能化以包括与目标分析物化合物同源的捕获部分。


8.根据权利要求1所述的方法，其中对步骤(a)的所述包含单壁碳纳米管的半导体层进行表面处理，以改善沉积的光致抗蚀剂的光刻。


9.根据权利要求1所述的方法，其中对步骤(a)的所述包含单壁碳纳米管的半导体层进行表面处理，以降低疏水性。


10.根据权利要求1所述的方法，其中将步骤(a)的所述包含单壁碳纳米管的半导体层用芘丁酸进行表面处理。


11.根据权利要求1所述的方法，其中多个半导体单壁碳纳米管通道与对应的源电极和漏电极一起形成在所述基底上。


12.根据权利要求1所述的方法，其中多个半导体单壁碳纳米管通道与对应的源电极和漏电极一起以阵列形式形成在所述基底上，用于生物样品的多重分析。


13.根据权利要求1所述的方法，其中所述生物传感器装置被附着到探针上。


14.一种生物传感器装置，其包含
(a)处于基底的表面上的半导体单壁碳纳米管通道，
(b)连接所述半导体单壁碳纳米管通道的相对端的源电极和漏电极，
(c)其中所述源电极和所述漏电极以检测通过所述半导体单壁碳纳米管通道的电流响应于与其接触的分析物的变化的方式电连接。


15.根据权利要求14所述的生物传感器装置，其中所述半导体单壁碳纳米管通道被官能化为具有与目标分析物同源的捕获部分。


16.根据权利要求14所述的生物传感器装置，其中所述半导体单壁碳纳米管通道被官能化为具有与多个目标分析物同源的多个捕获部分。


17.根据权利要求14所述的生物传感器装置，其被附着到探针上。


18.根据权利要求14所述的生物传感器装置，其被可移除地附着到探针上。

【专利技术属性】
技术研发人员：M·W·迈耶，N·S·萨弗隆，F·J·德克，A·玛莎，
申请(专利权)人：热电科学仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US