[发明专利]生物传感器及其DNA测序方法

说明书

技术领域

本发明涉及场效应晶体管(FET)型生物传感器及DNA测序方法，更具体地，涉及用于DNA测序的FET型生物传感器及DNA测序方法。

背景技术

DNA测序(DNA sequencing)是分析特定DNA片段的碱基序列的排列方式的技术。该技术的主要发展方向是在提高测序通量(测序数据量)的同时，降低原始数据中每个碱基的测序成本，以使该技术的广泛应用成为可能，例如用于个人基因组测序，宏基因组学研究，以及对大量重要物种的测序。

纳米孔测序(nanopore sequencing)是新一代的DNA测序技术。该技术利用电泳驱使DNA分子通过纳米孔，并且利用阻塞电流法、隧道电流法、电容法等检测不同类型的碱基序列所导致的物理参数变化。由于纳米孔的直径限制，每次仅一个DNA单链通过纳米孔，这可以实现高通量和高准确度的测序。在电场的作用下，甚至长达1000个碱基的DNA分子可以通过纳米孔，这可以实现大测序长度。而且，纳米孔测序不需要进行DNA扩增和标记，这避免了繁琐的文库制备过程，不仅提高了测序速度，而且降低了测序成本。

在纳米孔测序中，DNA分子高速(大约微秒的量级)通过纳米孔，一方面提高了测序速度，另一方面导致信号检测信号微弱(大约PA的量级)。因此，在纳米孔测序中需要使用高灵敏度的读出电路，例如由FET组成的读出电路，以控制热噪声和提高信噪比。

在纳米孔测序中仍然期望提供可以高灵敏度地检测DNA的碱基序列的生物传感器。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以在DNA测序中提高检测灵敏度的生物传感器及DNA测序方法。

根据本发明的一方面，提供一种生物传感器，包括：源电极；漏电极；位于源电极和漏电极之间的沟道区，其中该沟道区由半导体纳米线的至少一部分形成；在沟道区中穿透半导体纳米线的纳米孔；以及位于纳米孔的内壁处的栅极介质层，其中纳米孔的直径设置为使得可以通过DNA分子。

根据本发明的另一方面，提供一种采用上述生物传感器进行DNA测序的方法，包括：利用电泳驱动DNA分子通过纳米孔；在DNA分子通过纳米孔时，在源电极和漏电极上测量沟道区的电导；以及根据DNA分子导致的沟道区的电导变化，确定DNA分子中的碱基序列的类型。

本发明的生物传感器直接基于场效应，在该生物传感器的沟道中的纳米孔中通过的DNA分子起到栅极的作用。该生物传感器的沟道区的电导受到碱基序列的表面电荷(正或负)的影响。该电导是碱基序列的表面电荷的响应信号，进而可以表征碱基序列的类型。该生物传感器利用场效应可以提供高信噪比的输出，实现高检测灵敏度，从而可以应用于纳米孔测序。

附图说明

图1a和1b分别示出根据本发明的生物传感器的俯视图和截面图，其中该截面图沿图1中的线A-A截取。

图2示出根据本发明的生物传感器的等效电路图。

图3示出根据本发明的DNA测序方法的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其他的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。

如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“直接在......上面”或“在......上面并与之邻接”的表述方式。

在本申请中，术语“半导体结构”指在制造半导体器件的各个步骤中形成的整个半导体结构的统称，包括已经形成的所有层或区域。

在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。