[发明专利]一种DNA生物传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种DNA生物传感器及其制备方法和应用。本发明通过将圆片级可控纳米线阵列场效应管硅烷化，以化学键的形式将末端带有羧基修饰的DNA修饰在硅纳米线的表面，构建出一种基于圆片级可控纳米线阵列的DNA生物传感器，利用纳米线阵列上的DNA探针与不同浓度的目标检测DNA孵化，产生栅压电场，来调控源漏极之间的电流，并通过这种电流变化，来迅速定量检测特定DNA。该方法操作简单，易实现，具有很好的生物相容性，应用广泛，且灵敏度高，检测限可以达到0.1fM，可实现实时检测。

技术领域

本发明涉及生物传感器技术领域，具体来说，涉及一种DNA生物传感器及其制备方法和应用。

背景技术

自二十世纪八十年代，纳米科学技术诞生并高速发展成为一种新型的交叉性技术。其主要在0.1nm-100nm的纳米尺度空间内研究电子、原子和其他类型物质运动规律、相互作用及特性。并且允许在该尺度范围内对原子、分子等进行控制和加工。由于纳米材料尺寸小，表现出许多特殊物理特性，如宏观量子隧道、量子尺寸效应、库伦阻塞效应等，在之后发展的20年里，纳米技术不断地应用于物理、化学、材料、制造、信息等多种学科中。

而纳米线作为一种重要的纳米材料，拥有极好的电学、机械性质，较大的比表面积、较好的生物相容性和表面可修饰性，而被广泛的应用于传感器的设计制备中。尤其当纳米线被修饰上金属粒子时，信号可以得到很大程度的提高，其增强因子可以达到10⁷至10⁹。因此这种材料可以用以制备超敏感生物传感器，以检测小分子生物(如DNA、蛋白质、细菌等)。另一方面，这种传感技术需要与光学仪器集成，将某种生化现象转化为可读信号，这也使得传感检测成本提高，因而满足低成本的需求和高效的信号转化成了传感器设计的关键。而场效应晶体管可以有效地将表面分子的相互作用转化成可读信号，并能实现高选择、高灵敏度、实时响应的检测。

癌症作为严重危害人类健康的重大疾病之一，有效提高早期诊断和术后治疗是降低死亡率，改善患者生活质量的关键。通常，一些特定的DNA序列则可被作为癌症标志物。目前已经提出了多种对特定核苷酸序列检测的分析策略，包括荧光法、聚合酶链反应法、表面增强拉曼散射法。但是这些方法过于复杂、耗时、成本较高，并且灵敏度不高。

因此，基于现有技术存在的缺陷，本发明开发了一种DNA生物传感器及其制备方法和应用，本发明的DNA生物传感器基于圆片级可控纳米线阵列制备而成，能够实现对特定的DNA序列的高灵敏度、高特异性、实时在线检测，为其在相关癌症的医疗临床诊断和术后治疗中的应用奠定了基础。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种DNA生物传感器及其制备方法和应用。本发明通过将圆片级可控纳米线阵列场效应管硅烷化，再将末端带有羧基修饰的DNA以化学键的形式修饰在硅纳米线的表面，构建而成一种基于圆片级可控纳米线阵列的DNA生物传感器，并利用生物栅压调控效应来改变源漏极电流，以快速检测DNA。

为了达到上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种DNA生物传感器的制备方法，包括如下步骤：

S1：合成末端带有羧基的单链探针DNA，所述的单链探针DNA与目标检测DNA链实现碱基互补配对；

S2：依次利用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗圆片级可控纳米线阵列场效应晶体管，然后用惰性气体吹干；

S3：在圆片级可控纳米线阵列场效应晶体管的集成芯片传感部位滴加氟化氢(HF)溶液，腐蚀处理，以除去纳米线表面的氧化膜，再用乙醇、去离子水依次冲洗处理；

S4：将S3处理后的圆片级可控纳米线阵列场效应晶体管浸泡在硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)的乙醇溶液中过夜；

S5：在单链探针DNA中添加羧基活化试剂N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)活化处理；