一种场效应晶体管生物传感器的制备方法技术

本发明专利技术提供的场效应晶体管生物传感器，包括基底层和密封体，密封体设有多个凹槽式通道及样品的进样通道和出样通道，在每个凹槽式通道中横向固定有至少一对金属电极分别作为场效应晶体管的源极和漏极，金属电极之间设有碳纳米管，金属电极与碳纳米管相互焊接在一起。基底层下部设有针脚通过带有绝缘层的导电胶与金属电极相连接。本发明专利技术还提供了基于碳纳米管的场效应晶体管生物传感器的制备方法及采用该传感器的检测装置。本发明专利技术的优点是：可用于检测多个对象，实现了检测的高通量和高灵敏度，体积小、试样用量少，工艺简单，成本低廉，适合批量生产。其检测装置操作简单、方便，分析速度快，易于实现在线控制和检测自动化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物传感器，特别涉及一种生物传感器及其制备方法和采用该传感器的检测 装置。
技术介绍
生物传感器由于其优异的选择性和较高的灵敏度，在临床、食品、生物、环保检测等领 域具有广阔的应用前景。场效应晶体管生物传感器(FET)是传感器中很重要的分支。场效应管生物传感器是生物功能性膜代替绝缘栅场效应管的金属栅电极，生物功能性膜 与溶液或气体界面的电位(或电荷)变化，反应到漏极的电流变化，从而实现检测的目的。 随着近年来微制作技术的发展，FET生物传感器被认为是发展微型生物传感器的有效手段。目前所报道的FET生物传感器大多利用LB膜技术，在FET绝缘栅极上涂覆一层或多层 生物功能材料，或在硅片上用制作集成电路的方法，把几种敏感器件集成在一起，获得多功 能的生物敏感场效应晶体管。生物敏感膜的制备非常关键，目前发展的多种生物功能物质固 定化技术比如吸附法，交联法，包埋法，共价键合法等方法各有优缺点，在实际的生物功能 物质固定化过程中，常常需要根据具体情况，对各种方法灵活运用，在检测过程中对温度、 溶液pH值、样品量等条件也需加以严格控制。因此，场效应管生物传感器还有待改进和发 展，以提离器件的可靠性、稳定性和实用性。自从1991年碳纳米管发现以来，由于其独特的一维纳米线结构和电学性质，使其在电子 器件材料方面有着不可估量的应用前景。近年来各国科学家开展了基于碳纳米管的场效应晶 体管传感器的研究。目前，基于碳纳米管的生物传感器还处于实验室试验阶段。制作方法首 先在硅片上生长碳纳米管阵列，然后再构建场效应管生物传感器，这种方法构建的传感器检 测对象单一，并且目前在芯片上制备碳纳米管阵列的方法还存在很多问题，由于碳纳米管生 长机制复杂，碳管的直径、长度、生长方向以及生长中不可避免的杂质(催化剂，不定型碳 等)会极大的影响器件的性能。同时，这种方式不能大批量制备大规模的高质量样品，严重 制约了其性质和应用研究。通过以上分析可知，目前场效应晶体管生物传感器存在的问题还很多，有利于市场推广的生物传感器及其检测设备目前尚未有见。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可以检测多个对象和实现检测的高通量和高灵敏度，分析速 度快，体积小、试样用量少、成本低、易于大批量制备和实现在线控制及检测自动化的场效 应晶体管生物传感器，制备方法和采用该传感器的检测装置。为达到上述目的，本专利技术提供的场效应晶体管生物传感器，包括基底层和密封体，所述 密封体与所述基底层的接合面上设有多个开口朝下的凹槽式通道，所述凹槽式通道的两端分 别垂直设有样品的进样通道和出样通道，共同形成样品的流体通道，在所述样品进样通道和 出样通道中分别插接有进样管和出样管；在每个所述凹槽式通道中的所述基底层上分别固定 有至少一对金属电极分别作为场效应晶体管的源极和漏极，所述金属电极之间搭接有碳纳米 管；所述基底层下部设有针脚，每对所述金属电极分别通过带有绝缘层的导电胶与其相应的 一对所述针脚相连接。本专利技术场效应晶体管生物传感器，其中所述凹槽式通道设有S, P， N， B四个，均布在 密封体上。本专利技术场效应晶体管生物传感器，其中所述基底层由硅片及沉积在其上的二氧化硅膜层 构成。本专利技术场效应晶体管生物传感器，其中所述密封体采用聚二甲基硅氧垸低聚物制成。本专利技术场效应晶体管生物传感器，其中在每个所述凹槽式通道中分别设有多个由金属电 极和碳纳米管构成的场效应晶体管。本专利技术场效应晶体管生物传感器，其中所述碳纳米管为通过共价键或者非共价键吸附探 针分子修饰的碳纳米管f-CNTs。本专利技术场效应晶体管生物传感器，其中所述金属电极对呈相互交错叉接形。本发B月.场效应晶体管生物传感器，其中所述凹槽式通道长度为3-8 mm,宽度为0.5-2 mm， 深度为60-80 Mm，所述进样通道和出样通道的直径分别为300 ,-l mm。为达到前述目的，本专利技术提供的采用上述传感器的检测装置，包括场效应晶体管生物传 感器、进样系统、信号接收系统和废液流出系统，其中所述进样系统、场效应晶体管生物传 感器和废液流出系统依次相连，所述场效应晶体管生物传感器与所述信号接收系统相连，所 述进样系统采用纳升量注射泵，所述信号接收系统采用电化学分析仪。为达到前述目的，本专利技术提供的场效应晶体管生物传感器的制备方法，包括如下步骤第一步分别制备基底层和密封体(1) 制备基底层先在硅片上沉积二氧化硅膜层，然后放置相互交错叉型的金属电极对；(2) 制备聚二甲基硅氧烷低聚物密封体先使用电铸技术制作好镍基模具，然后浇铸 出底部具有凹槽式通道、每个凹槽式通道的两端分别具有垂直的样品进样通道和出样通道的 聚二甲基硅氧垸低聚物，其中所述凹槽式通道长度为3-8 mm，宽度为0.5-2 mm，深度为60-80所述进样通道和出样通道的直径分别为300nm-lmm;第二步碳纳米管的化学修饰利用碳纳米管上的羧基通过酰胺键或酯键的共价键或者 非共价键方式，将抗体或者抗原、DNA、荧光分子生物分子固定在碳管表面，得到经过修饰的 碳纳米管f-CNTs;第三步将经过探针分子共价或者非共价键化学修饰的碳纳米管f-CNTs分散于水溶液或 有机溶剂中，然后将修饰后的碳纳米管f-CNTs的悬浮液滴加到带有电极对的二氧化硅表面；第四步待溶剂完全蒸发后，利用纳米操纵仪移动修饰后的碳纳米管f-CNTs，将修饰后 的碳纳米管f-CNTs焊接固定在金属电极对上；第五步采用深度反应离子刻蚀技术先将基底层贯穿打孔，打好孔后对孔作氧化绝缘化 处理，然后在孔内注入导电胶，将基底层下部的针脚与导电胶通过焊接连接在一起；第六步采用等离子体键合技术将上述的聚二甲基硅氧垸低聚物密封体与基底层粘合起来。本专利技术提供的场效应晶体管生物传感器的制备方法，其中第三步中采用的有机溶剂为二 甲基甲酰胺或者氯苯。本专利技术场效应晶体管生物传感器及其制备方法的优点是采用一根或一束经过修饰的碳 纳米管连接电极对，由于经过化学处理除去了杂质，排除或降低了杂质的干扰。利用纳米操 纵仪实现对碳纳米管的可控操作。并且该传感器含有至少四个样品通道，每个通道可以放置 任意数目、可检测不同对象的场效应晶体管，可用于检测多个对象，实现了检测的高通量和 高灵敏度，具有体积小、试样用量少、易微型化的优点，工艺简单，成本低廉，适合批量生 产。本专利技术场效应晶体管生物传感器构成的检测装置操作简单、方便，可广泛用于高通量、 高灵敏度的农残、药残、基因等方面的检测，加快了分析速度，并且易于实现在线控制和检 测自动化。下面将结合实施例参照附图进行详细说明，以对本专利技术的目的、特征和优点有深 入的理解。附图说明图1为本专利技术场效应晶体管生物传感器的外部示意图；图2为本专利技术采用场效应晶体管生物传感器的检测装置的结构示意图；图3为本专利技术场效应晶体管生物传感器的结构剖视图；图4为图3俯视图图5为图4的局部A放大剖视图；图6为图3的侧视图。具体实施方式下面以实施例对技术方案做详细说明。参照图3，本专利技术场效应晶体管生物传感器，包括基底层和密封体。基底层由硅片21及 沉积在其上的二氧化硅(Si02)膜层22构成。密封体20采用聚二甲基硅氧烷低聚物(PDMS) 制成。在本专利技术场效应晶体管生物传感器的其它实施例中，也可以由锗材做基底层。密封体 20也本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种场效应晶体管生物传感器，其特征在于：包括基底层和密封体（２０），所述密封体（２０）与所述基底层的接合面上设有至少个开口朝下的凹槽式通道（１），所述凹槽式通道（１）的两端分别垂直设有样品的进样通道（２）和出样通道（３），在所述样品进样通道（２）和出样通道（３）中分别插接有进样管（４）和出样管（５）；在每个所述凹槽式通道（１）中的所述基底层上分别固定有至少一对金属电极（７、８）分别作为场效应晶体管的源极（Ｓ）和漏极（Ｄ），所述金属电极（７、８）之间搭接有碳纳米管（９）；所述基底层下部设有针脚（１０），每对所述金属电极（７、８）分别通过带有绝缘层的导电胶（１１）与其相应的一对所述针脚（１０）相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董益阳，任冬梅，齐小花，程艳，王军兵，王大宁，
申请(专利权)人：董益阳，任冬梅，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]