[发明专利]用于超灵敏的核酸检测的电传感器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年3月11日提交的新加坡专利申请第200901668-4号的优先权，为了所有目的，将其全部内容通过引用并入此处。

技术领域

本发明涉及电化学领域。更为具体地，本发明涉及利用电化学设备和方法对核酸的检测。

背景技术

随着例如DNA和RNA等核酸的出现，近10年见证了微阵列在基因表达谱和单核苷酸多态性(SNP)检测中所经历的变更。例如结合了聚合酶链反应(PCR)的微阵列技术，由于其巨大的并行性和高的输出量，已经成为当前的技术水平。尽管分子生物和医药的发展表现出相当的前景，但基于荧光的微阵列技术在光学检测中存在一些固有的缺点，这包括需要昂贵而庞大的光学扫描仪、由于荧光染料的光致退色导致的潜在图像恶化和由于标记荧光染料之间的光谱串扰而导致的模糊的读出。核酸微阵列的电模拟可为核酸的快速定量化提供一个可行的选择，这对于临床以及防护应用场合尤其是期望的。

在过去几年内，研究者已经提出了具有直接电转换的几个作标记和无标记的感测技术。直接电转换相对其它方法具有几个优点。最好的前景之一是使用标准的CMOS技术可以使传感器单元与关联的信号处理电路进行片上集成的可行性。参考文献，相比于电阻或电容器件，利用各种微米和纳米制备技术已经对场效应器件进行了更为广泛的研究。在前一类器件中，经过在栅介质上的与生物有关的相互作用，一旦引入带电分子(例如核酸)，通过表面电势的变化来调节电特性。场效应感测避免了电流通过DNA传导，该导电可能产生不想要的电化学变化。然而，限制场效应传感器用于DNA检测的最关键参数为(i)很小的信号背景比和(ii)狭窄的检测窗口。另外，信号的可靠性经常出现问题，这是因为直流读出电子电路在栅极输入处经常出现长期的漂移。

最近，Shiigi，H.、Tokonami，S.等人(2005，J.Am.Chem.Soc，vol.127，pp.3280)构建了金纳米颗粒(GNP)的膜，使用癸二硫醇作为铂微电极之间的隔离物。在他们的方法中，在用于桥接相邻GNP的受体-靶分子复合物的形成之前和之后，作者监测了电荷载流子的隧道效应。由于电荷载流子通过DNA分子的流动相当有限，因此在杂交时基线电流的变化小于1％，使得该方法倾向于产生错误的信号。在另一方法中，Roy，S.、Vedala，H.等人(2008，Nano Lett.，vol.8，ρp.26)开发了一种夹于一对碳纳米管电极之间的单链DNA(ss-DNA)，从而用探针探查ss-DNA的自有电荷导电性以及其杂交后的双键结构。由于在碳纳米管电极和捕获探针之间存在非常短的化学接头，信噪比被提高到25％。虽然对电荷流机制的基本认识感兴趣，但来自这样的单个纳米管单DNA系统的信号的可靠性可能不够高，从而不足以在生物医药界被接受。

而且，经济有效地制备高度一致的具有高扩展潜力的纳米结构对于很多技术应用非常重要，然而其仍为技术挑战。很多自底向上(bottom-up)的方法遇到了某些限制，例如器件之间的一致性，这反映出器件在制备过程中的差异，还遇到低产量以及低可扩展性。另一方面，广泛应用的制备窄纳米间隙的自顶向下(top-down)的方法，例如机械裂结法、电子束刻蚀法、电迁移、蘸水笔刻蚀、透射电子显微镜辅助纳米溅射以及电镀，都必须解决例如高成本、低产量等问题，目的是离常规制备方法更近一步。

因此，本发明的一个目标是提供新颖的、适于克服至少一部分上述缺点的设备和方法。

发明内容

在第一方面，本发明涉及一种用于检测核酸分子的传感器。该传感器包括或由下列部件组成：

电极结构，其包括第一电极、第二电极以及重叠区，其中，在所述重叠区内：所述第二电极的一部分与所述第一电极的一部分重叠，以使所述第二电极的顶面水平高于所述第一电极的顶面水平，在所述第一电极和所述第二电极之间设有绝缘层，该绝缘层与所述第一电极和所述第二电极接触；

第一核酸探针，其固定于所述第一电极的表面；和

第二核酸探针，其固定于所述第二电极的表面。

在另一方面，本发明涉及一种核酸检测成套装置，该成套装置包括或由下列部件组成：如本文所述的传感器；含有金属前驱体的溶液；和适用于对所述金属前驱体进行化学还原的溶液。