[发明专利]一种基于MOS管的双栅极调控超高灵敏度生物传感器

说明书

本发明公开了一种基于MOS管的双栅极调控超高灵敏度生物传感器，可适用于一系列早期肿瘤的检测。该传感器使用SOI片加工制备，通过离子注入技术实现了独特的双栅极控制结构。传感器由紫外光刻联合NLD刻蚀法制备而成，实现了肿瘤标志物的微量、即时、免标记检测。与常见的检测电流或电导的传感器相比，该传感器检测抗原抗体结合过程中沟道中电容的变化。本发明中涉及到的检测方法更加稳定、抗干扰性强，能满足在检测范围和敏感度方面的需求，尤在检测灵敏度方面表现极其突出，最低可以检测浓度在1fg/ml～1ng/ml范围内的样本。

技术领域

本发明涉及生物材料检测技术领域，尤其是涉及一种基于MOS管的超高灵敏度生物传感器的高成功率制备及其使用方法。

背景技术

恶性肿瘤是目前威胁人类健康的重大疾病之一，但是多数肿瘤出现临床表现都是处于晚期阶段，因而对其早期、快速、灵敏的诊断是提高人类生存质量的重要途径。目前临床上肿瘤发病的监控方法主要依靠影像学检查和肿瘤标志物检测。影像学检查由于分辨率和放射风险往往无法做到长期的随访。肿瘤标志物的检测虽然操作较为简便，但是肿瘤标志物检测的灵敏度和特异性成为限制其应用的重要因素。因而为肿瘤发病的风险判断和早期诊断寻找一个简单、准确检测方法成为提高人类生存质量的重要研究方向。

目前临床上广泛采用的肿瘤标志物检测方法是经典的ELISA法，但由于其对于检测环境的要求高、检测主观性强、灵敏度低等特性一定程度上限制了临床运用。纳米(nanometer，nm)技术的迅速发展，为检测肿瘤标记物的检测方法带来了新思路。其中基于MOS管(Metal oxide semiconductor)的生物传感器因其可以直接将目标分子与器件表面的结合直接转化为电信号，作为一种灵敏性和特异性都较好的传感器，对于提高人类生存质量具有十分重大的意义。

但是传统的湿法腐蚀制备硅纳米带的工艺，由于腐蚀速率的不可控性导致器件性能不稳定，获得的硅纳米带的宽度也不可控，最终使得成本大大增加，从而很大程度上限制了超高灵敏度生物传感器的广泛应用。因此，开发出一种高成功率超高灵敏度生物传感器的制备具有重要的应用价值。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本申请提供了一种基于MOS管的双栅极调控超高灵敏度生物传感器。本发明的第一个目的是提供一种基于MOS管的超高灵敏度生物传感器的制作方法，在改进传统传感器加工工艺的基础上实现肿瘤相关标记物的快速、高效检测，且操作简单，成本低廉。本发明的第二个目的是提供了上述生物芯片的应用。

本传感器的工作原理与抗原抗体之间通过linker链的特异性结合有关；所述特异性结合引起电学信号的改变可被探针台连接的电学测试系统捕捉到，从而实现了样本中肿瘤标志物低浓度、即时的检测；所述样本可为全血、血清或缓冲溶液。

本发明的技术方案如下：

一种基于MOS管的生物传感器，互相键合的检测系统与微流道系统，所述检测系统包括衬底(8)以及平铺于衬底(8)上方的离子注入层(7)，所述离子注入层(7)上设置两组背对的U型电极组；所述U型电极组的两翼为源漏电极(1)、(4)，所述U型电极组的底部连出一条顶层栅极(3)，所述U型电极组内部设置一条与顶层栅极(3)平行、且不与U型电极组相连的表面栅极(2)；

所述源漏电极(1)、(4)从离子注入层(7)向上依次由硅层(10)、氧化层(9)及金属层(6)组成；

所述U型电极底部连接源漏电极(1)、(4)的为硅纳米线(5)；所述硅纳米线(5)通过紫外光刻及NLD刻蚀构建而成；硅纳米线(5)的长度为10nm～100um，宽度为10nm～5um，厚度为10nm～500nm；

所述U型电极组的两翼源漏电极(1)、(4)以及所述表面栅极(2)、顶层栅极(3)外部均包裹钝化层(11)，仅裸露各电极、栅极的端部及硅纳米线(5)。

本申请人还提供了基于MOS管的生物传感器的制备方法，包括如下步骤：