[发明专利]准一维金属氧化物纳米材料生物传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速响应、高灵敏度、无标记准一维金属氧化物纳米 材料生物传感器及其制备方法。

背景技术

随着社会的发展和科学的进步，生物、医学、环境、国防、反恐等领 域要求更加快速，简单和准确地检测待测样品中的微量物质，实现疾病的 预防和早期诊断，新型药物的研制和筛选，大气、水等环境系统中有毒有 害气体和毒素等污染物的实时监测和预警，生化武器的高灵敏度探测，爆 炸物的定性检测等。

其中，人类重大疾病的快速诊断是人类面临的一项重大课题，如癌症、 肝病、心脑血管疾病、急性胰腺炎等发病快、致死率高的疾病，早确诊早 治疗将为患者的生命延续提供保证。目前，重大疾病检测主要依靠免疫生 化检测并辅以CT、核磁共振、心电图等物理手段，其检测时效性、灵敏 度、检测效率均有一定的局限性，如检测耗时长，往往需要几个小时以上， 需要标记分子来实现信号的读取，而且对样品数量有一定的要求，灵敏度 还有待提高等，应用范围有限。

近年来，纳米科学与纳米技术的兴起，对重大疾病的临床快速诊断提 供了机遇。国内外学者经过十多年的广泛深入研究，在准一维纳米材料的 可控生长，结构表征，器件制作及表征，特别是准一维的纳米管/纳米线场 效应晶体管纳米电子器件对环境生物、化学分子响应的高度敏感性方面， 取得了一定的进展。因此，将纳米科学与现有的诊断手段很好的结合起来， 可以为重大致命性疾病的诊断提供新的方法并实现对现有方法的重大改 进。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种快速响应、高灵 敏度、无标记准一维金属氧化物纳米材料生物传感器及制作方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

准一维金属氧化物纳米材料生物传感器，包括硅片、生长于硅片上的 二氧化硅氧化层、栅极、源极、漏极和微流体通道，特点是：由准一维金 属氧化物半导体纳米材料连接源极和漏极，构成导电沟道；所述准一维金 属氧化物半导体纳米材料的表面通过自组装修饰有与目标分子结合的连 接物单分子层，所述连接物单分子层与生物探针分子连接；另外，由所述 微流体通道掩盖栅极、源极和漏极。

进一步地，上述的准一维金属氧化物纳米材料生物传感器，所述准一 维金属氧化物半导体纳米材料为单根或者是由多根组成的阵列。

更进一步地，上述的准一维金属氧化物纳米材料生物传感器，所述准 一维金属氧化物半导体纳米材料是纳米线、或纳米棒、或纳米管、或纳米 带。

更进一步地，上述的准一维金属氧化物纳米材料生物传感器，所述准 一维金属氧化物半导体纳米材料由ZnO、TiO₂、In₂O₃、GeO₂中的至少两 种金属氧化物半导体构成。

再进一步地，准一维金属氧化物纳米材料生物传感器的制作方法，包 括以下步骤：

(1)合成准一维金属氧化物半导体纳米材料；

(2)采用微纳光刻蚀标准工艺及自下而上的方法制作准一维金属氧 化物半导体纳米材料及其阵列的场效应晶体管；

(3)利用聚二甲基硅氧烷制作出微流体通道；

(4)对准一维金属氧化物半导体纳米材料进行表面改性，通过自组 装的方法修饰与目标分子结合的连接物单分子层，通过连接物分子在纳米 材料表面连接生物分子，用以检测疾病的标志性分子。

再进一步地，上述的准一维金属氧化物纳米材料生物传感器的制作方 法，所述准一维金属氧化物半导体纳米材料的合成采用溶剂热方法或CVD 方法合成。

再进一步地，上述的准一维金属氧化物纳米材料生物传感器的制作方 法，所述采用微纳光刻蚀标准工艺及自下而上的方法制作准一维金属氧化 物半导体纳米材料及其阵列的场效应晶体管，具体步骤为：

1)清洗硅片，并通过热生长的方法在硅片表面形成一层100～400纳 米厚度的二氧化硅氧化层；

2)通过深紫外光刻的方法制作出背栅电极位置，用5∶1氢氟酸缓冲 液腐蚀二氧化硅得到背栅；

3)将准一维金属氧化物半导体纳米材料用异丙醇制成悬液，将悬液 放置于衬底上，随后使溶液蒸发，即将纳米材料固定于衬底之上；