本发明专利技术涉及一种用于手性色氨酸检测的外延栅极场效应晶体管传感器制备及检测方法。将外延栅极浸泡在牛血清白蛋白溶液中，栅极表面形成一层有序的牛血清白蛋白分子，完成手性分离介质的固定，制得手性传感芯片，为牛血清白蛋白外延栅极。将其应用于构建MOS管传感器，为牛血清白蛋白外延栅极场效应晶体管生物传感器，利用牛血清白蛋白外延栅极场效应晶体管结构，减小了液体环境对器件的损害，可实现低压下对pM浓度级别的手性对映异构体高效灵敏区别响应。检测灵敏度明显高于色谱、电化学等检测方法，耗时短且实现了实时在线检测，有望作为现场检测新型应用平台。为现场检测新型应用平台。为现场检测新型应用平台。
【技术实现步骤摘要】
一种用于手性色氨酸检测的外延栅极场效应晶体管传感器制备及检测方法
[0001]一种用于手性色氨酸检测的外延栅极场效应晶体管传感器制备及检测方法，涉及手性分子传感器领域。
技术介绍
[0002]手性是大自然的天然属性，手性分子在医学，药学，食品化学及手性合成等领域具有广泛的应用前景，但是手性对映异构体的生理药理活性可能截然不同。例如沙利度胺右旋异构体具有镇静作用，而左旋异构体却是引发致畸性的罪魁祸首。左旋多巴是治疗帕金森综合症的首选药物，而右旋药物则会造成粒状白细胞减少，因此手性对映异构体的区别拆分尤为重要。氨基酸作为一种典型的手性化合物，在维持人体正常生理、免疫及新陈代谢方面发挥重要作用。其中色氨酸(Trp)是一种人体必需氨基酸，是脑内单胺类神经递质5-羟色胺的前体物质，色氨酸含量与抑郁症有着密切联系，而当畜禽缺乏色氨酸时，则会引起生长停滞，体重下降等问题。鉴于光学异构体相似的物理化学性质，氨基酸的手性识别仍然被认为是十分棘手的问题之一。
[0003]大多数生物大分子，如蛋白质、核酸和天然多糖都具有手性结构单元，特别是由手性亚单位(L-氨基酸)组成的蛋白质能够特异性结合小分子。蛋白质如牛血清白蛋白、人血清白蛋白等被广泛用于构建手性传感界面以实现手性拆分，其中牛血清白蛋白价格低廉，易改性、易固定及具有独特的手性识别能力而成为手性分离介质的首选。目前牛血清白蛋白作为手性分离介质常用在色谱，毛细管电泳、质谱、荧光等领域，但由于这些检测手段的设备体积大，耗时长，灵敏度低且难以实现在线实时检测等，故在实际应用方面具有很大的局限性。场效应晶体管固有的信号放大及信号传导能力在生物传感领域受到广泛关注，已经实现了对气体，抗原，葡萄糖等物质的检测。大多数传感层构建都基于器件本身，例如有机场效应晶体管传感器，此类器件的有机半导体层或许对水系环境十分敏感，因此液体环境会对器件性能造成不可逆损害，导致器件无法正常工作，所以此类器件为达到稳定的测试性能往往具有复杂的制备过程或半导体层材料改性过程。商用MOS管因具有成本低、设备小巧、信号灵敏、稳定性高等优势尤其引起研究者极大的兴趣。
[0004]在商用MOS管稳定输出性能的基础上，本专利技术为减少对设备的损害，将敏感驱动元件与器件分离，采用外延栅极结构，可方便更换传感芯片，实现器件重复利用。本专利技术构建的牛血清白蛋白场效应晶体管传感器及检测方法整合了场效应晶体管放大信号和牛血清白蛋白手性识别的优势，实现低浓度范围手性色氨酸分子的快速、灵敏、实时在线检测，构建手性对映异构体识别的新型应用载体。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是针对上述技术分析，结合场效应晶体管的输出信号放大能力和牛血清白蛋白的手性识别特性，提供一种检测手性色氨酸分子的外延栅极场效应晶体管生物
传感器——牛血清白蛋白外延栅极制备方法，并将其应用于构建MOS管传感器，实现低压下对pM浓度级别的手性对映异构体高效灵敏区别响应。检测灵敏度明显高于色谱、电化学等检测方法，耗时短且实现了实时在线检测，有望作为现场检测新型应用平台。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种用于检测手性色氨酸分子的外延栅极场效应晶体管传感器，将外延栅极浸泡在牛血清白蛋白溶液中，栅极表面形成一层有序的牛血清白蛋白分子，完成手性分离介质的固定，制得手性传感芯片，为牛血清白蛋白外延栅极场效应晶体管生物传感器。
[0008]本专利技术的一种用于检测手性色氨酸分子的外延栅极场效应晶体管传感器制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)外延栅极的制备：使用丙酮，乙醇，异丙醇或其他有机溶剂超声清洗玻璃基底达到清除表面污物的效果；然后在乙醇溶液中煮沸，氮气吹干后在玻璃基板上蒸镀Au薄膜；
[0010](2)修饰外延栅极：配制1～10mg/mL的蛋白质溶液，外延栅极浸泡其中1～12h后取出，用去离子水冲洗，除去物理吸附的牛血清白蛋白，在Au表面形成蛋白质分子层；
[0011](3)制备用于储存分析液的PDMS样品池：将A胶与B胶均匀混合，抽真空除气泡后倒入盛有模具的容器中，升温固化后制得样品池，利用PDMS与Au的粘附力可固定于修饰后的外延栅极上。
[0012]所述的步骤(1)玻璃片的长为0.5cm～2.5cm，宽为0.5cm～2.5cm，高为0.2cm～0.5cm，超声清洗时间为10～20min，乙醇煮沸时间为10～20min，真空度为10-4
Pa，Au膜的厚度为80～100nm，蒸镀速率为
[0013]所述的步骤(2)使用的磷酸盐缓冲溶液浓度为10mM，pH＝7.2，牛血清白蛋白溶液浓度为1～10mg/mL，浸泡时间为1～12h。
[0014]所述的步骤(3)A胶：B胶质量比为10：1～1：1，温度为20～100℃，固化时间为30～60min。
[0015]利用本专利技术的传感器检测手性色氨酸分子的方法；包括以下步骤：
[0016](1)手性色氨酸分析液配制：使用磷酸盐缓冲溶液将D-或L-色氨酸配制成不同浓度标准溶液，浓度为0～10μM；
[0017](2)器件转移特性曲线测试：测试修饰牛血清白蛋白后外延栅极场效应晶体管转移特性曲线；
[0018](3)实时基线测试：固定测试栅压、源漏电压，向样品池中加入PBS缓冲液，测试获得的实时漏极电流曲线作为基线I0；
[0019](4)手性色氨酸的实时检测：固定测试栅压、源漏电压，向样品池中加入浓度为0～10μM的D-或L-色氨酸，用MOS管漏极电流变化量(I-I0)评估传感器对不同浓度的手性色氨酸溶液实时感测结果。
[0020]所述步骤(2)重复测试次数为3次。
[0021]所述步骤(1)、步骤(3)、步骤(4)中使用的磷酸盐缓冲溶液浓度为0.1mM～10mM。
[0022]所述步骤(3)、步骤(4)设定的栅压，源漏电压皆为1～2V。
[0023]所述步骤(3)、步骤(4)每个浓度使用的分析液体积为10～30μL。
[0024]本专利技术的一种用于检测手性色氨酸分子的外延栅极场效应晶体管传感器，为牛血清白蛋白外延栅极场效应晶体管生物传感器。本传感器使用商用MOS管，无需制备器件，仅
需制备外延栅极，搭建传感平台，包括外延栅极的制备及检测方法构建。
[0025]所述传感器结构包括MOS管(1)，PDMS样品池(2)，铜丝(3)以及牛血清白蛋白(4)修饰的外延栅极(5)芯片。
[0026]外延栅极(5)通过在玻璃片真空蒸镀金膜得到，将其浸泡在牛血清白蛋白溶液中，利用蛋白质巯基与金形成S-Au化学键，在栅极表面形成一层有序的蛋白质分子，得到外延栅极手性传感芯片。PDMS样品池(2)通过将A胶(主剂)与B胶(硬化剂)均匀混合，倒入模具，升温固化后得到，利用PDMS与金之间的粘附力可固定于外延栅极。
[0027]传感器检测方法为：利用样品池内液体与固定悬挂的铜丝接触，通过向样品池中加入不同构型和浓度的分析液，根据手性分子与牛血清白蛋白作用后本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于检测手性色氨酸分子的外延栅极场效应晶体管传感器，其特征是将外延栅极浸泡在牛血清白蛋白溶液中，栅极表面形成一层有序的牛血清白蛋白分子，完成手性分离介质的固定，制得手性传感芯片，为牛血清白蛋白外延栅极场效应晶体管生物传感器。2.一种用于检测手性色氨酸分子的外延栅极场效应晶体管传感器制备方法，其特征是，包括以下步骤：(1)外延栅极的制备：使用丙酮，乙醇，异丙醇或其他有机溶剂超声清洗玻璃基底达到清除表面污物的效果；然后在乙醇溶液中煮沸，氮气吹干后在玻璃基板上蒸镀Au薄膜；(2)修饰外延栅极：配制1～10mg/mL的蛋白质溶液，外延栅极浸泡其中1～12h后取出，用去离子水冲洗，除去物理吸附的牛血清白蛋白，在Au表面形成蛋白质分子层；(3)制备用于储存分析液的PDMS样品池：将A胶与B胶均匀混合，抽真空除气泡后倒入盛有模具的容器中，升温固化后制得样品池，利用PDMS与Au的粘附力可固定于修饰后的外延栅极上。3.如权利要求2所述的方法，其特征是，步骤(1)玻璃片的长为0.5cm～2.5cm，宽为0.5cm～2.5cm，高为0.2cm～0.5cm，超声清洗时间为10～20min，乙醇煮沸时间为10～20min，真空度为10-4
Pa，Au膜的厚度为80～100nm，蒸镀速率为4.如权利要求2所述的方法，其特征是，步骤(2)使用的磷酸盐缓冲溶液浓度为10mM，pH＝...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖殷，李乐，王勇，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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