[发明专利]一种基因芯片用钽掺杂氧化锡薄膜载体材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钽掺杂氧化锡薄膜载体材料的制备方法，尤其是一种适于无标记电学检测技术的基因芯片用钽掺杂氧化锡薄膜载体材料的制备方法。

背景技术

以基因芯片为代表的生物芯片技术，由于能够对细胞、蛋白质、核酸以及其它生物分子等进行准确、快速、高通量的检测，因而在疾病的快速诊断与治疗，新药的筛选及药物基因组学，基因突变检测，农作物的优育优选，司法鉴定、环境检测和国防等许多领域得到了广泛应用。然而尽管基因芯片技术经历了十多年的飞速发展，但在临床医疗和实验研究方面，仍然无法成为可以普遍来用的技术，其面临着许多亟待解决的关键性问题。

目前在基因芯片中应用最为成熟和广泛的检测技术是荧光标记法，该方法存在的不足是：待检测的靶标样品需要进行荧光素标记，其过程复杂且技术成本较高；生物信号的检测设备(基因芯片扫描仪)价格昂贵而且体积尺寸比较大，难以实现便携化和微型化；生物信号检测灵敏度及芯片稳定性差等等。这使得基因芯片技术无法在临床和实验研究上得到普遍应用。除此之外，还有基因芯片的无标记电学检测技术，它是利用DNA的杂交反应会给生物分子载体材料界面的电位、电势或电导带来变化的这一原理实现检测的，仅用现有的电学(电化学)检测仪器就可轻易地检测和分析生物信号，与荧光标记法相比，电学检测技术不需要对待测样品进行标记，检测过程简单，检测灵敏度和特异性也比较高，特别是检测设备成本远远低于用于荧光检测分析的基因芯片扫描仪，可以真正实现基因芯片低成本，小型化和便携化的目的。因此，基于DNA杂交的无标记电学检测技术，是获得高灵敏度、高通量、高可靠性、强特异性、检测过程简单、微型便携化及成本低廉的基因芯片的重要途径之一。

传统的基因芯片的载体材料(或称为基片、衬底)，一般是用表面功能化后的玻片、硅片、塑料等。但是在采用无标记电学检测技术中的基因芯片中，DNA杂交反应所产生的电信号需要通过载体材料来传递，因而载体材料必须具有优异的电学性及良好的化学稳定性等物理化学特性，并且载体表面要求易于实现化学修饰功能化，以便于探针分子能够稳定的固定在载体表面。显然，传统的载体材料并不适用于无标记电学检测技术的基因芯片。经对现有技术文献的检索发现，能够应用于无标记电学检测技术的基因芯片载体材料有硅系材料(Si/SiO₂薄膜、单晶Si基片、Si纳米线等)、导电金属(Au、Pt等)、碳材料(石墨、碳纳米管等)及导电树脂等等，但是由于上述材料中的硅系材料和导电树脂的电阻率较高、金属薄膜和碳材料在DNA液相杂交时的化学稳定性较差，难以满足基因芯片高灵敏度、强特异性和高可靠性的无标记电学检测的要求。

以掺杂氧化锡(SnO₂)薄膜为代表的金属氧化物透明导电薄膜(TCO)由于具有电性能优异(电阻率可达10^-3～10^-4Ω·cm)、对可见光几乎透明、化学稳定性好、热稳定性高与基底的附着性能优异等特性，能够很容易的利用化学气相沉积或物理气相沉积方法直接沉积在不同基底上，因而成为基因芯片载体材料的理想选择。钽(Ta)是一种5价元素，将其作为氧化锡薄膜的掺杂元素可以显著提高薄膜的电学性能、化学稳定性及热稳定性；同时Ta元素没有毒性而且具有优异的生物相容性。因此，钽掺杂氧化锡薄膜可以作为基因芯片载体材料。通过对现有技术文献的检索，关于钽掺杂氧化锡薄膜用作基因芯片载体材料及其制备方法尚未发现相关报导。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基因芯片用钽掺杂氧化锡薄膜载体材料的制备方法，利用该方法制备的载体材料可以用于无标记电学检测技术的基因芯片。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种基因芯片用钽掺杂氧化锡薄膜载体材料的制备方法，其特征在于经过下列工艺步骤：

(1)将纯度为99.99％的氧化钽(Ta₂O₅)和氧化锡(SnO₂)粉末充分混合，在60～80Mpa的压强下压制成坯后，放入高温烧结炉，在空气中1500～1650℃下烧结3～5小时，烧结成钽掺杂氧化锡溅射靶材；

(2)将所制得的钽掺杂氧化锡溅射靶材用分析纯丙酮和去离子水充分清洗，然后在120～140℃保温2～3小时，去除表面油污等杂质；

(3)采用普通载玻片或单晶硅片作为薄膜基底材料，在溅射前先用分析纯丙酮和去离子水清洗，之后在80～90℃保温1～2小时，以去除表面油污等杂质；