[实用新型]一种用于DNA分子检测的延长栅场效应晶体管传感芯片

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种能检测DNA分子的微小检测传感芯片，该传感芯片利用带有延长栅的场效应晶体管(FET)技术，能简单快速地检测出目标DNA分子。 

背景技术

进入21世纪以来，伴随着生物技术的迅速发展，电子技术与生物技术相结合诞生了生物芯片，这是一种革命性的成果。目前使用生物芯片技术进行DNA检测分析已经在分子生物学、医学、临床应用上变得日益成熟起来。生物芯片的关键技术在于其对DNA分子之间杂交过程的检测和量化。大多数DNA芯片的制备是基于荧光标记的核酸分子与被固定的探针进行杂交的光学检测方法，而利用电信号与生物信号结合的电化学传感检测杂交过程的方法也变得重要起来。通过与半导体技术的结合，场效应晶体管(FET)传感器已被广泛应用于生物检测分析。与较为传统DNA芯片使用荧光标记的方法比较，FET栅极传感芯片不需要使用标记的试剂和遮光盒，简化了操作步骤，节约了检测成本。 

为此，本实用新型将FET的栅极延长一定距离，提出了一种全新的以金平板电极为延长栅极的FET传感芯片，用于DNA分子的电化学检测，在生物医学、制药工程、农业与环境科学等凡与生命活动有关的领域中均具有非常重要的应用前景。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种简单快速检测目标DNA分子的微小检测装置。 

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：利用化学反应将含巯基基团的分子自组装在作为场效应晶体管延长栅的金平板电极上，为检测某种特定的DNA分子，将含有与其互补的DNA片段通过硫醇分子的桥连作用自组装在延长的金电极板上，以此完成DNA探针的固定，从而完成延长栅场效应晶体管传感芯片的制备。如果检测样品中含目标DNA分子，目标DNA分子便会通过 杂交与互补的DNA片段结合，此时可通过电信号的探测捕获到延长金电极板上的杂交过程，并以此计算出在传感器的单位面积上发生杂交的DNA分子数。 

本实用新型涉及的具体装置包括：一个带有延长栅(栅极延长0.1-40mm，此为金平板电极，规格：长和宽边长为0.2-1.0mm)的场效应晶体管，一个内置饱和KCl溶液的Ag/AgCl参比电极，以及检测晶体管各参数用的电子设备。所述延长栅场效应晶体管包括两个部分：一个用于固定DNA探针的延长栅金平板电极；另外就是把发生在金电极上的杂交过程转化成电信号的FET部分。其中在FET延长栅传感区域上的金基质是在SiO₂基底层上溅射一粘附层的铬(20-200nm)，随后是一层镍铜合金层(100-1000nm)，最后是一层金(30-300nm，且金表面非常平整)的顺序所构成。FET部分中的栅绝缘体由通过湿式氧化上的SiO₂层及其上方通过化学气相沉积上的Si₃N₄层所组成。栅极终端与金电极部分则由金属铝线连接。FET部分由硅胶密封以达到屏蔽和绝缘作用的效果。 

在装置的设计上，与传统FET不同的是将栅极延长一定距离(0.1-40mm)，构建延长栅金电极，利用延长栅金电极探测DNA分子，并可到达每100nm²检测到1-10个DNA分子的水平。通过在延长栅上进行化学修饰，到达固定DNA探针的目的。并使用FET来监测延长栅上传输来的电信号变化，它包括硫醇分子自组装的过程和DNA分子杂交的过程。而且还可以通过电信号参数来计算出发生杂交的DNA分子数。与大多数DNA芯片使用荧光标记的方法比较，FET延长栅传感芯片不需要使用标记的溶剂和遮光盒，作为一种微型生物传感器具有十分重要的临床应用价值。 

本实用新型的有益效果是，装置简单，操作简便，可以准确地测定出金基质表面上的DNA分子个数，通用性强。 

附图说明

下面结合附图对本实用新型进一步说明。 

图1是延长栅FET传感器的平面结构示意图。 

图2是延长栅金平板电极基底的刨面效果示意图。 

图2中：1-金层；2-镍铜合金层；3-铬层；4-SiO₂层。 

具体实施方式

如图1所示，以FET延长栅的金平板电极部分作为工作表面来制备所述的传感芯片，FET部分则用于检测DNA分子杂交过程的电信号变化。 

本实用新型使用的施加电压为20-200mV直流电压，参比电极为内置饱和 KCl溶液的Ag/AgCl参比电极，FET的电子特性参数如栅极电压(VG)、漏电流(ID)将在硫醇分子和DNA分子自组装在金基底上后进行测量。