一种基于薄膜晶体管的DNA传感器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于薄膜晶体管的DNA传感器及其制备方法，DNA传感器包括薄膜晶体管及DNA分子探针，薄膜晶体管包括基板衬底、栅电极、绝缘层、源漏电极及半导体层，基板衬底、栅电极、绝缘层由下而上依次设置，半导体层设置在绝缘层上，源漏电极与半导体层接触，DNA分子探针固定在源漏电极上。与现有技术相比，本发明专利技术采用源漏电极作为基底，在源漏电极上固定DNA分子探针，避免了有机半导体层上的物理吸收对水分和某些离子的影响，改善了电荷注入，增强了传感器饱和电流和载流子迁移率，从而提高了DNA传感器的稳定性和灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于薄膜晶体管的DNA传感器及其制备方法
本专利技术属于DNA传感器
，涉及一种基于薄膜晶体管的DNA传感器及其制备方法。
技术介绍
随着生物信息学、物联网等技术的发展，DNA分子作为生物工程中最基础的物质，引起了广大科研院所的重视，DNA检测技术的发展也促进了DNA结构和功能的研究工作不断前进。目前，DNA检测技术有传统DNA测序技术、DNA芯片、生物传感器等。其中，DNA生物传感器具有检测速度快、灵敏度高等特点，在环境监测、航天等领域得到了广泛的应用。近年来，对有机晶体管器件的研究和应用有了很大的发展，DNA检测系统在基因分型、药物发现和分子诊断等领域中都引起了极大的关注，该技术在病原性和遗传性疾病诊断等方面应用广泛。传统的标记DNA传感器不能快速监测探针的相互作用，并且还需要复杂的分析系统，存在着昂贵、耗时和繁琐的问题。在这种情况下，与传统的DNA传感器相比，无标记检测方法省去了标记过程，简化了分析过程，促进了DNA检测的发展。薄膜晶体管作为DNA传感器的换能器，与现有的光学检测技术相比具有一定的优势，被认为是最有前途的候选技术。先前的研究证明，电检测比光学检测具有更高的灵敏度。此外，基于薄膜晶体管的电气检测系统可能是一个更快的检测过程。近年来，人们开发了不同方法来实现基于薄膜晶体管的DNA传感器。然而，它们大多是基于DNA分子在半导体上的物理吸收，并通过改变晶体管的电学特性来实现的，但是基于半导体上的物理吸收会对水分和某些离子敏感，会降低DNA传感器的稳定性和重复性，从而降低其灵敏度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于薄膜晶体管的DNA传感器及其制备方法，将薄膜晶体管中的源漏电极作为基底，将DNA分子探针通过物理或者化学方式固定在源漏电极上，在源漏电极上施加偏压，从而提高了DNA传感器的灵敏度。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于薄膜晶体管的DNA传感器，该DNA传感器包括薄膜晶体管及DNA分子探针，所述的薄膜晶体管包括基板衬底、栅电极、绝缘层、源漏电极及半导体层，所述的基板衬底、栅电极、绝缘层由下而上依次设置，所述的半导体层设置在绝缘层上，所述的源漏电极与半导体层接触，所述的DNA分子探针固定在源漏电极上。进一步地，所述的源漏电极及半导体层均设置在绝缘层上，并且所述的半导体层位于源漏电极的沟道中。或者，所述的源漏电极设置在半导体层上。进一步地，所述的基板衬底的材质为绝缘材料，或为导电材料表面覆盖一层绝缘材料形成的复合材料。绝缘材料优选为玻璃或陶瓷。如果基板表面的均方根粗糙度大于1纳米，需要用绝缘的聚合物涂层进行平滑，所述的绝缘的聚合物涂层为聚甲丙烯酸甲酯或聚乙烯醇。进一步地，所述的栅电极的材质包括金(Au)、铝(Al)、铜(Cu)、钛(Ti)、银(Ag)或重掺杂硅中的一种或更多种。进一步地，所述的绝缘层的材质包括二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化钛或聚乙烯醇中的一种或更多种。绝缘层主要选择高介电常数的绝缘材料。进一步地，所述的源漏电极的材质包括金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、镁(Mg)、铝(Al)、钛(Ti)、铅(Pd)或铂(Pt)中的一种或更多种。进一步地，所述的半导体层的材质为石墨烯、黑磷、硅烯、金属氧化物、MoS2、WS2、MoSe2、WSe2、MoTe2、WTe2、ZrS2、ZrSe2、NbSe2、NbS2、TaS2、NiSe2、GaSe、GaTe、InSe、ReTe2、TiTe2、NbTe2或SnTe2。金属氧化物优选为TiOx、NbOx、MnOx、VaOx或TaO3。半导体层选用二维材料。进一步地，所述的DNA分子探针为ssDNA分子探针或dsDNA分子探针。一种基于薄膜晶体管的DNA传感器的制备方法，该方法包括以下步骤：1)采用蒸发或溅射的方法在基板衬底表面制备栅电极；2)采用蒸发的方法在栅电极上制作绝缘层；3)沉积源漏电极及半导体层，并通过物理吸附、键合或自组装的方法在源漏电极表面固定DNA分子探针。当源漏电极及半导体层均设置在绝缘层上，并且半导体层位于源漏电极的沟道中时，步骤3)中，先在绝缘层上方利用掩模板确定源漏电极的位置，采用真空金属沉积法在半导体层上沉积源漏电极；再采用真空蒸发、溶液旋涂或甩膜的方法制备半导体层并沉积在源漏电极间沟道区域的绝缘层上，形成底栅底接触结构的DNA传感器。当源漏电极设置在半导体层上时，步骤3)中，先在绝缘层上沉积半导体层，再在半导体层上沉积源漏电极。其中，本底真空度不低于10-4Pa，金属电极沉积速率为20纳米/分钟，其他材料沉积速率为0.03纳米/分钟。本专利技术提供了一种基于薄膜晶体管的DNA传感器，它是基于DNA分子的相互作用所引起的各种物理化学信号变化，来记录、分析目标物的特征，从而实现对目标物的探测和监控。DNA传感器由识别元件和换能器构成，薄膜晶体管作为换能器，将识别元件感知的信号转换为其他可记录信号，如质量变化、频率变化、磁信号、荧光信号、电信号及声波信号等；识别元件是DNA分子探针，通过吸附、键合、自组装等方式固定在源漏电极上。通过在DNA传感器的源漏电极上施加电压，改善电荷注入，增强传感器饱和电流和载流子迁移率，从而提高了DNA传感器的灵敏度。与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：1)本专利技术采用源漏电极作为基底，在源漏电极上固定DNA分子探针，避免了有机半导体层上的物理吸收对水分和某些离子的影响，改善了电荷注入，增强了传感器饱和电流和载流子迁移率，从而提高了DNA传感器的稳定性和灵敏度；2)传统的DNA传感器存在昂贵、耗时和繁琐的问题，本专利技术基于薄膜晶体管的DNA传感器的无标记检测方法省去了标记过程，简化了分析过程，提高了DNA检测效率，促进了DNA检测的发展。附图说明图1为实施例1中基于薄膜晶体管的DNA传感器的结构示意图；图2为实施例1中基于薄膜晶体管的DNA传感器在源漏电极处施加电压的电学示意图；图3为实施例1中没有固定DNA(a)和用SH-ssDNA处理Au表面(b)的有机场效应晶体管的输出特性曲线图；图4为实施例1中没有固定DNA和用SH-ssDNA处理Au表面的有机场效应晶体管的转移特性曲线图；图5为实施例2中基于薄膜晶体管的DNA传感器的结构示意图；图6为对比例中基于薄膜晶体管的DNA传感器的结构示意图；图中标记说明：1—基板衬底、2—栅电极、3—绝缘层、4—源漏电极、5—半导体层、6—DNA分子探针。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中，使用的SH-ssDNA(5’-SH-TATACGGTTCGCGC-3’)由上海三公生物科技有限公司合成。实施例1：一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于薄膜晶体管的DNA传感器，其特征在于，该DNA传感器包括薄膜晶体管及DNA分子探针(6)，所述的薄膜晶体管包括基板衬底(1)、栅电极(2)、绝缘层(3)、源漏电极(4)及半导体层(5)，所述的基板衬底(1)、栅电极(2)、绝缘层(3)由下而上依次设置，所述的半导体层(5)设置在绝缘层(3)上，所述的源漏电极(4)与半导体层(5)接触，所述的DNA分子探针(6)固定在源漏电极(4)上。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于薄膜晶体管的DNA传感器，其特征在于，该DNA传感器包括薄膜晶体管及DNA分子探针(6)，所述的薄膜晶体管包括基板衬底(1)、栅电极(2)、绝缘层(3)、源漏电极(4)及半导体层(5)，所述的基板衬底(1)、栅电极(2)、绝缘层(3)由下而上依次设置，所述的半导体层(5)设置在绝缘层(3)上，所述的源漏电极(4)与半导体层(5)接触，所述的DNA分子探针(6)固定在源漏电极(4)上。


2.根据权利要求1所述的一种基于薄膜晶体管的DNA传感器，其特征在于，所述的源漏电极(4)及半导体层(5)均设置在绝缘层(3)上，并且所述的半导体层(5)位于源漏电极(4)的沟道中。


3.根据权利要求1所述的一种基于薄膜晶体管的DNA传感器，其特征在于，所述的源漏电极(4)设置在半导体层(5)上。


4.根据权利要求1所述的一种基于薄膜晶体管的DNA传感器，其特征在于，所述的基板衬底(1)的材质为绝缘材料，或为导电材料表面覆盖一层绝缘材料形成的复合材料。


5.根据权利要求1所述的一种基于薄膜晶体管的DNA传感器，其特征在于，所述的栅电极(2)的材质包括金、铝、铜、钛、银或重掺杂硅中的一种或更多种。


6.根据权利要求1所述的一种基于薄膜晶体管的DNA传感器，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军，陈赛赛，毛毓珂，王桂东，蔡金华，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31