互补模式的碳纳米管和二硫化钼双纳米材料FET复合生物传感器装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种互补模式的碳纳米管和二硫化钼双纳米材料FET复合生物传感器装置及检测方法，该装置包括：第一FET生物传感器，采用碳纳米管沟道层，并通过功能化和修饰，形成P型场效应管型感测器；第二FET生物传感器，采用纳米二硫化钼沟道层，并通过功能化和修饰，形成N型场效应管型参考器；信号处理系统，在两个生物传感器与样品接触后所产生的P型和N型场效应管的电流或电压输出，获得待检测样品中的生物分子的浓度。本发明专利技术通过形成互补模式的碳纳米管和二硫化钼双纳米材料FET分别进行生物检测，提高生物传感灵敏度和准确性，使得生物分子的识别更加准确，信号更加灵敏。同时，采用半导体芯片技术，可实现快速、高效、低成本的生物检测。检测。检测。

【技术实现步骤摘要】
互补模式的碳纳米管和二硫化钼双纳米材料FET复合生物传感器装置及检测方法


[0001]本专利技术涉及生物传感器
，具体而言涉及一种互补模式的碳纳米管和二硫化钼双纳米材料FET复合生物传感器装置及检测方法。

技术介绍

[0002]生物传感器是一种用于检测生物分子的装置，可以将生物分子与物理或化学信号转换为电信号的器件，广泛应用于医学、生命科学、环境监测等领域。目前，基于FET(场效应晶体管)的生物传感器已经成为一种重要的检测手段。FET传感器通过测量电流和电压等物理量来检测待测样品中生物分子的存在和浓度，具有快速、便携、易于制备等优点。
[0003]传统的FET生物传感器主要采用金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)作为传感器的敏感元件。然而，MOSFET传感器受到杂散噪声的干扰，且难以实现高灵敏度和选择性检测。
[0004]碳纳米管是近年来发展起来的新型纳米材料，具有良好的电学和光学性能，并且具有高比表面积、生物相容性和化学稳定性等优点，因此被广泛应用于生物传感器领域。然而，使用单一的碳纳米管作为传感器沟道层的生物传感器，其生物识别特异性和灵敏度均存在限制。

技术实现思路

[0005]根据本专利技术目的的第一方面，提出一种互补模式的碳纳米管和二硫化钼双纳米材料FET复合生物传感器装置，包括
[0006]第一FET生物传感器，采用碳纳米管沟道层，并通过功能化和修饰，形成P型场效应管型感测器；
[0007]第二FET生物传感器，采用纳米二硫化钼沟道层，并通过功能化和修饰，形成N型场效应管型参考器，并且，所述第一FET生物传感器与第二FET生物传感器均修饰了相同的生物分子识别元件；
[0008]信号处理系统，与所述第一FET生物传感器与第二FET生物传感器连接，被设置用于基于所述第一FET生物传感器、第二FET生物传感器分别与待检测样品接触后所产生的P型和N型场效应管的电流或电压变化，获得待检测样品中的生物分子的浓度。
[0009]在可选的实施例中，在所述第一FET生物传感器与第二FET生物传感器的沟道层上方的栅极氧化层基础上，通过蒸镀金纳米颗粒实现器件功能化。
[0010]在可选的实施例中，在所述第一FET生物传感器与第二FET生物传感器的沟道层区域的金纳米颗粒基础上，结合生物分子识别元件，例如核酸适配体，形成生物敏感检测层。
[0011]在可选的实施例中，所述第一FET生物传感器与第二FET生物传感器被设置成同时被滴加待测试样品到沟道层区域的生物敏感检测层上，样品中的生物分子与生物分子识别元件结合，导致P型和N型两个生物传感器的沟道层的电荷密度发生变化，从而引起电流或
电压的变化并输出；
[0012]所述信号处理系统被设置成基于所产生的P型和N型场效应管的电流或电压变化，获得待测样品中生物分子的种类和浓度。
[0013]在可选的实施例中，所述信号处理系统被设置成基于第一FET生物传感器与第二FET生物传感器的响应输出的加权计算，获得综合响应输出，作为确定待检测样品中生物分子的种类和浓度的依据。
[0014]在可选的实施例中，所述信号处理系统被设置成对第一FET生物传感器与第二FET生物传感器的响应输出求取算术平均值，获得综合响应输出，作为确定待检测样品中生物分子的种类和浓度的依据。
[0015]根据本专利技术目的的第二方面，还提出一种基于互补模式的碳纳米管和二硫化钼双纳米材料FET复合生物传感器装置实现的提高生物传感灵敏度和准确性的方法，包括：
[0016]采用半导体工艺制备所述的第一FET生物传感器以及第二FET生物传感器，分别作为P型场效应管型感测器以及N型场效应管型参考器；
[0017]使用所制备的第一FET生物传感器以及第二FET生物传感器对同一待检测样品进行检测，将待检测样品滴加到第一FET生物传感器以及第二FET生物传感器的沟道层区域上方；
[0018]待检测样品中的生物分子与两个生物传感器的生物分子识别元件分别形成结合，导致对应的P型和N型两个生物传感器的沟道层的电荷密度发生变化，从而引起电流或电压的变化并输出；
[0019]检测P型和N型两个生物传感器的沟道层的电流或电压的响应输出，通过加权计算获得综合响应输出，确定待测样品中生物分子的种类和浓度，从而实现生物检测。
[0020]在可选的实施例中，所述方法还包括：
[0021]结合P型和N型两个生物传感器的沟道层的电流或电压的响应输出，计算获得响应差值、标准差和响应输出平均值；
[0022]基于标准差和响应输出平均值，确定生物传感检测的检测下限；以及
[0023]基于P型和N型两个生物传感器的沟道层的电流或电压的响应输出最小响应级别的待测生物样本浓度求平均值，获得检测灵敏度。
[0024]在可选的实施例中，所述采用半导体工艺制备所述的第一FET生物传感器以及第二FET生物传感器，包括：
[0025]步骤1、制备碳纳米管和二硫化钼场效应管：采用半导体工艺，基于硅衬底上的碳纳米管薄膜和纳米二硫化钼半导体材料，制备源极、漏极和栅极氧化层，通过液栅分别实现P型和N型FET场效应管；
[0026]步骤2、在P型和N型场效应晶体管的沟道区域的栅极氧化层上，通过蒸镀金纳米颗粒，实现器件功能化；
[0027]步骤3、与生物分子识别元件结合，将生物分子识别元件孵育在P型和N型FET场效应管的沟道区域的金纳米颗粒上，与金纳米颗粒结合，形成生物敏感检测层
[0028]由以上本专利技术的技术方案，本专利技术采用碳纳米管和二硫化钼双纳米材料的FET组合的方式，形成双纳米材料FET复合式传感器，使得生物分子的识别更加准确，信号更加灵敏。同时，采用半导体芯片技术，可以实现快速、高效、低成本的生物检测。
[0029]应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的专利技术主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的专利技术主题的一部分。
[0030]结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本专利技术教导的前述和其他方面、实施例和特征。本专利技术的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本专利技术教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
[0031]附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本专利技术的各个方面的实施例。
[0032]图1是本专利技术实施例的互补模式的碳纳米管和二硫化钼双纳米材料FET复合生物传感器装置的原理示意图。
[0033]图2是本专利技术实施例的第一FET生物传感器的示意图。
[0034]图3是本专利技术实施例的第二FET生物传感器的示意图。
[0035]图4是本专利技术实施例的第一FET生物传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种互补模式的碳纳米管和二硫化钼双纳米材料FET复合生物传感器装置，其特征在于，包括：第一FET生物传感器，采用碳纳米管沟道层，并通过功能化和修饰，形成P型场效应管型感测器；第二FET生物传感器，采用纳米二硫化钼沟道层，并通过功能化和修饰，形成N型场效应管型参考器，并且，所述第一FET生物传感器与第二FET生物传感器均修饰了相同的生物分子识别元件；信号处理系统，与所述第一FET生物传感器与第二FET生物传感器连接，被设置用于基于所述第一FET生物传感器、第二FET生物传感器分别与待检测样品接触后所产生的P型和N型场效应管的电流或电压变化，获得待检测样品中的生物分子的浓度。2.根据权利要求1所述的互补模式的碳纳米管和二硫化钼双纳米材料FET复合生物传感器装置，其特征在于，在所述第一FET生物传感器与第二FET生物传感器的沟道层上方的栅极氧化层基础上，通过蒸镀金纳米颗粒实现器件功能化。3.根据权利要求2所述的互补模式的碳纳米管和二硫化钼双纳米材料FET复合生物传感器装置，其特征在于，在所述第一FET生物传感器与第二FET生物传感器的沟道层区域的金纳米颗粒基础上，结合生物分子识别元件，形成生物敏感检测层。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的互补模式的碳纳米管和二硫化钼双纳米材料FET复合生物传感器装置，其特征在于，所述第一FET生物传感器与第二FET生物传感器被设置成同时被滴加待测试样品到沟道层区域的生物敏感检测层上，样品中的生物分子与生物分子识别元件结合，导致P型和N型两个生物传感器的沟道层的电荷密度发生变化，从而引起电流或电压的变化并输出；所述信号处理系统被设置成基于所产生的P型和N型场效应管的电流或电压变化，获得待测样品中生物分子的种类和浓度。5.根据权利要求4所述的互补模式的碳纳米管和二硫化钼双纳米材料FET复合生物传感器装置，其特征在于，所述信号处理系统被设置成基于第一FET生物传感器与第二FET生物传感器的响应输出的加权计算，获得综合响应输出，作为确定待检测样品中生物分子的种类和浓度的依据。6.根据权利要求4所述的互补模式的碳纳米管和二硫化钼双纳米材料FET复合生物传感器装置，其特征在于，所述信号处理系统被...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗权坤，彭立峰，肖梦梦，张志勇，
申请(专利权)人：湖南元芯传感科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：