[发明专利]一种分子生物传感器及其对DNA或蛋白质进行单分子检测的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速高灵敏分子生物传感器及其对DNA或蛋白质进行直接、实时单分子检测的方法。

背景技术

建立一种在单分子水平上直接进行生物和化学活性检测的实用平台是工业和科研领域共同关注的目标之一，因为这对于环境监测、工业质量控制以及临床诊断等一系列的应用都具有重要意义。为了能够可信地检测DNA-蛋白质的相互作用，目前已经发展了多种直接以及标记的技术如：酶联免疫吸附试验、表面等离子共振、电化学、扫描探针显微镜、纳米粒子、微悬臂梁、碳纳米管、阻抗、纳米线等。但是很多现有的方法难以进行实时检测或者动力学的分析，一些方法面临很高的技术要求，一些则缺乏高的灵敏度以及选择性。因此需要进行策略优化，设计并且建立一种对于单个结合事件能够进行快速实时检测，同时兼具灵敏度、选择性、可逆性特征的方法体系。(1：Sander，C.et al.Science，2000，287，1977.2：Liu，J.，Cao，Z.，Lu，Y.Chem.Rev.，2009，109，1948.3：Drummond，T.G.，Hill，M.G.，Barton，J.K.Nat.Biotechnol.，2003，21，1192.4：Patolsky，F.，Zheng，G.，Lieber，C.M.Nat.Protoc.，2006，1，1711.5：Fang，X.H.，Tan，W.H.Accounts of Chemical Research，2010，43，48.6：Nam，J.-M.，Thaxton，C.S.，Mirkin，C.A.Science，2003，301，1884.7：Zheng，G.，Patolsky，F.，Cui，Y.，Wang，W.U.，Lieber，C.M.Nat.Biotechnol.2005，23，1294.)。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速高灵敏基于核酸适体的分子生物传感器及其制备方法。

本发明所提供的基于核酸适体的分子生物传感器，包括：

a)至少一个单壁碳纳米管晶体管器件，每个所述单壁碳纳米管晶体管器件包括栅极、源极、漏极和导电沟道；所述导电沟道为单壁碳纳米管，所述源极和漏极位于所述单壁碳纳米管上；其中，所述单壁碳纳米管被切割为两段，形成长度为1-10nm间隙的两段单壁碳纳米管；

b)经末端氨基修饰的核酸适体，其通过酰胺键与形成所述间隙的碳纳米管的两端连接；所述核酸适体能够特异性识别待测分子。

其中，所述栅极为含有厚度为100-1000nm二氧化硅层的硅基底，其电阻率为5-20ohm·cm^-1；所述源极和漏极均由Cr电极层和设于所述Cr电极层上的Au电极层组成，所述Cr电极层厚度为3-10nm，所述Au电极层厚度为40-100nm；所述源极和漏极之间的距离为5-30μm；所述单壁碳纳米管的直径为1-3nm。

上述单壁碳纳米管晶体管器件既可以是底栅结构也可以是顶栅结构，但是由于底栅结构的制备工艺相对简单方便优先选用。

制备上述基于核酸适体的生物传感器的方法，包括下述步骤：

1)构建单壁碳纳米管晶体管器件；

2)对步骤1)得到的单壁碳纳米管晶体管器件中的单壁碳纳米管依次进行电子束刻蚀、氧化切割，在所述单壁碳纳米管之间得到1-10nm间隔的纳米间隙；

3)将步骤2)得到的具有纳米间隙的单壁碳纳米管末端羧基进行活化，然后将经活化的单壁碳纳米管与经末端氨基修饰的核酸适体在PBS缓冲液(磷酸盐缓冲液)中进行纳米间隙中的单分子共价连接，得到所述基于核酸适体的生物传感器。

上述步骤1)中单壁碳纳米管晶体管器件可按照常规方法进行构建，具体方法如下：在含有厚度为100-1000nm二氧化硅层的高导性硅芯片(基底电阻率为5-20ohm·cm^-1)基底表面，采用化学气相沉积法制备单壁碳纳米管阵列，得到的单壁碳纳米管的长度为30-10000μm；在所述单壁碳纳米管阵列上间隔5-30μm蒸镀漏极和源极；所述漏极和源极的制备方法为：在单壁碳纳米管上依次蒸镀厚度为3-10nm的Cr电极层、厚度为40-100nm的Au电极层。