场效应晶体管生物传感器及其制备方法、检测方法技术

本公开提供一种场效应晶体管生物传感器，其包括：基底层，沟道层，第一电极，第二电极，第三电极，混合探针层，连接质，第三电极包括沟道层与栅介质层，混合探针层包括至少一种混合探针分子，每个混合探针分子包括多个不同种类的探针分子；每个混合探针分子与目标溶液中的一个目标分子进行杂交反应，并且杂交反应包括混合探针分子的多个不同种类的探针分子与一个目标分子均进行杂交反应。目标分子均进行杂交反应。目标分子均进行杂交反应。

【技术实现步骤摘要】
场效应晶体管生物传感器及其制备方法、检测方法


[0001]本公开涉及一种场效应晶体管生物传感器及其制备方法、检测方法及生物传感器的修饰方法。

技术介绍

[0002]在标准的传统型场效应晶体管(FET)中，电流沿着源极(Source)和漏极(Drain)之间的半导体沟道流动。通过栅极(Gate)作为开关，对源漏电极之间电流流通进行控制。碳纳米管传感器采用场效应晶体管作为传感器件结构，将具有特异性识别能力的“捕手”生物分子固定在晶体管的栅极区域，探针分子仅会捕获能够与其特异性配对的目标生物分子，因此实现特异性检测。当探针捕手捕获目标生物分子时，利用溶液中生物分子带电荷的特点，栅极上的有效栅压发生变化，引起沟道电阻发生变化，因而输出电流发生变化。
[0003]在FET型生物传感器中需要关注德拜屏蔽长度(Debye length或者λ
D
)。德拜屏蔽长度反映的是在等离子体中的电荷屏蔽效应，每一个带电粒子都会产生部分电场，电场将会束缚众多携带相反电荷的粒子环绕在该粒子周围。而随着距离的增大，该粒子的电场强度将会被众多携带相反电荷的粒子所屏蔽。则该距离即为德拜长度。对于生物传感器而言，当目标物在器件表明的吸附引起的电荷变化在传感器德拜长度以外，则认为传感器很难检测其产生的电位波动。所以减小目标物与传感器之间的作用距离，是提高生物传感器灵敏度的主要方法之一。
[0004]对于临床病毒等的检测中，直接提取的DNA或RNA往往都是长链大分子，而探针(受体)分子的设计往往是具有特异性的短链小分子，尤其在目前FET型生物传感器对病毒等的检测大都是基于单一的短链DNA作为探针(受体)分子，实现对待测RNA的捕获，长链RNA难以完全靠近传感器表面，传感器对长链RNA的检测灵敏度与响应都不是很高。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题之一，本公开提供了一种场效应晶体管生物传感器及其制备方法、检测方法及生物传感器的修饰方法。
[0006]根据本公开的一个方面，提供一种用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感器，包括：
[0007]基底层，沟道层，第一电极，第二电极，第三电极，混合探针层，连接质，所述第三电极包括沟道层与栅介质层，所述混合探针层包括至少一种用于长链核酸检测的混合探针分子，每个所述混合探针分子包括多个不同种类的用于长链核酸检测的探针分子；
[0008]所述沟道层设置在所述基底层的一侧上；
[0009]所述第一电极设置在所述基底层的所述一侧上并且设置在所述沟道层的一部分上，所述第二电极设置在所述基底层的所述一侧上并且设置在所述沟道层的另一部分上，所述第一电极与所述第二电极位于所述沟道层的两侧；
[0010]所述栅介质层设置在所述沟道层上；
[0011]所述连接质为颗粒状，颗粒状的所述连接质可以为金纳米颗粒和/或具有化学反应活性的官能团，多个所述连接质设置在所述栅介质层上；
[0012]所述混合探针层设置在所述多个所述连接质中的至少部分所述连接质上；以及
[0013]一个所述探针分子固化到一个所述连接质上；
[0014]所述每个混合探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链核酸的首端区域、末端区域或首端区域、末端区域和中间区域；
[0015]所述每个混合探针分子与目标溶液中的所述同一个目标分子的长链核酸上的相应的一个混合目标位点进行杂交反应，并且所述杂交反应包括所述每个混合探针分子的所述多个不同种类的所述探针分子与所述目标溶液中的所述同一个目标分子的长链核酸上的相应的一个混合目标位点包括的多个目标位点均进行杂交反应。
[0016]根据本公开至少一个实施方式的用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感器，还包括：第一电极钝化层，第二电极钝化层，所述第一电极钝化层至少覆盖所述第一电极除去所述第一电极与所述基底层以及所述沟道层接触部分之外的表面，所述第二电极钝化层至少覆盖所述第二电极除去所述第二电极与所述基底层以及所述沟道层接触部分之外的表面，以阻止所述第一电极、第二电极与外界发生反应，影响所述第一电极、第二电极的使用寿命。
[0017]根据本公开至少一个实施方式的用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感器，所述一个混合目标位点包括的多个目标位点分布于所述同一个目标分子的长链核酸的首端区域、末端区域或首端区域、末端区域和中间区域。
[0018]根据本公开至少一个实施方式的用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感器，所述每个混合探针分子至少包括第一个探针分子，所述第一个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的首端区域，所述每个混合探针分子还至少包括第二个探针分子，所述第二个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的末端区域；或者，所述每个混合探针分子至少包括第一个探针分子，所述第一个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的首端区域，所述每个混合探针分子还至少包括第二个探针分子，所述第二个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的末端区域，所述每个混合探针分子还至少包括第三个探针分子，所述第三个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的中间区域。
[0019]根据本公开的另一个方面，提供一种用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感器的制备方法，包括：
[0020]设置基底层；
[0021]在所述基底层的一侧上设置沟道层；设置第一电极，所述第一电极设置于所述基底层的所述一侧上并且设置于所述沟道层的一部分上；
[0022]设置第二电极，所述第二电极设置于所述基底层的所述一侧上并且设置于所述沟道层的另一部分上，所述第一电极与所述第二电极位于所述沟道层的两侧；
[0023]在所述沟道层上设置栅介质层；
[0024]在所述栅介质层上设置多个连接质；所述连接质为颗粒状，颗粒状的所述连接质可以为金纳米颗粒和/或具有化学反应活性的官能团；
[0025]在所述多个连接质中的至少部分所述连接质上修饰混合探针层；
[0026]所述混合探针层包括至少一种用于长链核酸检测的混合探针分子，每个所述混合探针分子包括多个不同种类的用于长链核酸检测的探针分子；以及
[0027]一个所述探针分子固化到一个所述连接质上；
[0028]所述每个混合探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链核酸的首端区域、末端区域或首端区域、末端区域和中间区域；
[0029]所述每个混合探针分子与目标溶液中的所述同一个目标分子的长链核酸上的相应的一个混合目标位点进行杂交反应，并且所述杂交反应包括所述每个混合探针分子的所述多个不同种类的所述探针分子与所述目标溶液中的所述同一个目标分子的长链核酸上的相应的一个混合目标位点包括的多个目标位点均进行杂交反应。
[0030]根据本公开至少一个实施方式的用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感器的制备方法，还包括：
[0031]分别对所述第一电极、第二电极设置第一电极钝化层、第二电极钝化层，所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感器，其特征在于，包括：基底层，沟道层，第一电极，第二电极，第三电极，混合探针层，连接质，所述第三电极包括沟道层与栅介质层，所述混合探针层包括至少一种用于长链核酸检测的混合探针分子，每个所述混合探针分子包括多个不同种类的用于长链核酸检测的探针分子；所述沟道层设置在所述基底层的一侧上；所述第一电极设置在所述基底层的所述一侧上并且设置在所述沟道层的一部分上，所述第二电极设置在所述基底层的所述一侧上并且设置在所述沟道层的另一部分上，所述第一电极与所述第二电极位于所述沟道层的两侧；所述栅介质层设置在所述沟道层上；所述连接质为颗粒状，颗粒状的所述连接质可以为金纳米颗粒和/或具有化学反应活性的官能团，多个所述连接质设置在所述栅介质层上；所述混合探针层设置在所述多个所述连接质中的至少部分所述连接质上；以及一个所述探针分子固化到一个所述连接质上；所述每个混合探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链核酸的首端区域、末端区域或首端区域、末端区域和中间区域；所述每个混合探针分子与目标溶液中的所述同一个目标分子的长链核酸上的相应的一个混合目标位点进行杂交反应，并且所述杂交反应包括所述每个混合探针分子的所述多个不同种类的所述探针分子与所述目标溶液中的所述同一个目标分子的长链核酸上的相应的一个混合目标位点包括的多个目标位点均进行杂交反应。2.如权利要求1所述的用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感器，其特征在于，还包括：第一电极钝化层，第二电极钝化层，所述第一电极钝化层至少覆盖所述第一电极除去所述第一电极与所述基底层以及所述沟道层接触部分之外的表面，所述第二电极钝化层至少覆盖所述第二电极除去所述第二电极与所述基底层以及所述沟道层接触部分之外的表面，以阻止所述第一电极、第二电极与外界发生反应，影响所述第一电极、第二电极的使用寿命。3.如权利要求1所述的用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感器，其特征在于，所述一个混合目标位点包括的多个目标位点分布于所述同一个目标分子的长链核酸的首端区域、末端区域或首端区域、末端区域和中间区域。4.如权利要求1所述的用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感器，其特征在于，所述每个混合探针分子至少包括第一个探针分子，所述第一个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的首端区域，所述每个混合探针分子还至少包括第二个探针分子，所述第二个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的末端区域；或者，所述每个混合探针分子至少包括第一个探针分子，所述第一个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的首端区域，所述每个混合探针分子还至少包括第二个探针分子，所述第二个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的末端区域，所述每个混合探针分子还至少包括第三个探针分子，所述第三个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的中间区域。5.一种用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感器的制备方法，其特征在于，包括：设置基底层；
在所述基底层的一侧上设置沟道层；设置第一电极，所述第一电极设置于所述基底层的所述一侧上并且设置于所述沟道层的一部分上；设置第二电极，所述第二电极设置于所述基底层的所述一侧上并且设置于所述沟道层的另一部分上，所述第一电极与所述第二电极位于所述沟道层的两侧；在所述沟道层上设置栅介质层；在所述栅介质层上设置多个连接质；所述连接质为颗粒状，颗粒状的所述连接质可以为金纳米颗粒和/或具有化学反应活性的官能团；在所述多个连接质中的至少部分所述连接质上修饰混合探针层；所述混合探针层包括至少一种用于长链核酸检测的混合探针分子，每个所述混合探针分子包括多个不同种类的用于长链核酸检测的探针分子；以及一个所述探针分子固化到一个所述连接质上；所述每个混合探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链核酸的首端区域、末端区域或首端区域、末端区域和中间区域；所述每个混合探针分子与目标溶液中的所述同一个目标分子的长链核酸上的相应的一个混合目标位点进行杂交反应，并且所述杂交反应包括所述每个混合探针分子的所述多个不同种类的所述探针分子与所述目标溶液中的所述同一个目标分子的长链核酸上的相应的一个混合目标位点包括的多个目标位点均进行杂交反应。6.如权利要求5所述的用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感器的制备方法，其特征在于，还包括：分别对所述第一电极、第二电极设置第一电极钝化层、第二电极钝化层，所述第一电极钝化层至少覆盖所述第一电极除去所述第一电极与所述基底层以及所述沟道层接触部分之外的表面，所述第二电极钝化层至少覆盖所述第二电极除去所述第二电极与所述基底层以及所述沟道层接触部分之外的表面，以阻止所述第一电极、第二电极与外界发生反应，影响所述第一电极、第二电极的使用寿命。7.如权利要求5所述的用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感器的制备方法，其特征在于，所述在所述多个连接质中的至少部分所述连接质上修饰混合探针层包括：将多种不同种类的探针分子溶液分别加入活化剂，在第一温度中进行完全活化，将所述多种探针分子溶液充分混合；将所述充分混合的溶液滴加在所述场效应晶体管生物传感器主体的沟道区域，覆盖所述沟道区域，使其在第一温度中反应第一时间；将经过第一时间反应后的所述场效应晶体管生物传感器取出，用试剂冲洗掉未连接的所述探针分子，再使其干燥；再滴加封闭剂，覆盖沟道，在第一温度中孵育第二时间，封闭多余的点位，取出所述场效应晶体管生物传感器清洗，再使其干燥待用。8.如权利要求5所述的用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感器的制备方法，其特征在于，所述一个混合目标位点包括的多个目标位点分布于所述同一个目标分子的长链核酸的首端区域、末端区域或首端区...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖梦梦，张志勇，梁玉琪，
申请(专利权)人：北京大学北京华碳元芯电子科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：