[发明专利]一种用氧化铟锡场效应晶体管测定蛋白质等电点的装置及使用方法

说明书

本发明公开了一种用氧化铟锡场效应晶体管检测蛋白质等电点的装置及使用方法。所述装置包括氧化铟锡场效应晶体管，所述氧化铟锡场效应晶体管从下至上依次设有衬底、高κ介质层、ITO沟道层，所述ITO沟道层的两端设有源漏电极，中部表面沉积有用于吸附蛋白质的金纳米粒子，所述源漏电极上设有绝缘层；所述氧化铟锡场效应晶体管的上部设有样品腔室，所述样品腔室的顶部设有若干个进样口和单个出样口。本发明反向利用这个“局限性”来测定蛋白质的等电点（pI）：通过连续改变测试溶液的酸碱度（pH），当溶液pH与蛋白质的pI相等时，场效应晶体管的沟道电流（Isubgt;ds/subgt;）信号出现拐点。

技术领域

本发明属于生物传感器技术领域。具体是提出了一种用氧化铟锡场效应晶体管测定蛋白质等电点的装置及使用方法。

背景技术

蛋白质是一种两性电解质，是带有正负电荷的胶体大分子物质，其解离状态和解离程度受溶液pH的影响。当溶液的pH达到一定值时，蛋白质上正负电荷相等，蛋白质呈电中性，此时溶液的pH称之为蛋白质的等电点（pI）。在等电点时，蛋白质的导电性、渗透压、溶解性、黏度皆最小，其胶体溶液的稳定性也最差，蛋白质易沉淀。利用蛋白质的等电点沉淀，在蛋白质的分离提纯方面具有重要作用。

目前测定蛋白质等电点的方法主要有两种：（1）沉淀法。以酪蛋白为例，将一定浓度的酪蛋白加入不同pH的醋酸/醋酸钠缓冲液中，当pH达到一定值时，酪蛋白沉淀且沉淀量最大，此pH即为蛋白质的等电点。此方法虽然简单易行，但是消耗的蛋白质量较大，不适用于测定浓度极低蛋白质的等电点，此外等电点的测试精度也较低。（2）凝胶等电聚焦电泳法。在电泳系统中有一个由阳极到阴极，pH由低到高的连续且稳定的pH梯度环境，蛋白质在电场作用下在其中移动，当到达至某个pH值时，蛋白质停止移动并在此pH处聚焦，产生集中的条带，此pH即为蛋白质的等电点。凝胶等电聚焦电泳法精度高，可以分辨出等电点相差0.01-0.02pH单位的蛋白质。但是此方法也有缺点，一是要求蛋白质溶液不能含有盐分。二是要求蛋白质在等电点处要稳定，不能变性或者不溶。三是需要使用较为昂贵的试剂和设备，试剂如构建连续且稳定的pH梯度环境的两性电解质Ampholine、染色液、脱色液、聚焦指示剂等，设备如电泳仪、凝胶成像仪等。此外，还需要较为繁琐的制胶、点样、电泳、剥胶、染色、脱色等过程。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种用氧化铟锡场效应晶体管（ITO FET）测定蛋白质等电点的装置及使用方法。场效应晶体管作为生物传感器，有一个局限性：不能用来直接检测不带电荷的物质。本发明反向利用这个“局限性”来测定蛋白质的等电点（pI）：通过连续改变测试溶液的酸碱度（pH），当溶液pH与蛋白质的pI相等时，场效应晶体管的信号I_ds将出现拐点。由于ITO的薄膜生长工艺与磁控溅射等主流的薄膜生长工艺兼容，且ITO的半导体性能优异，因此本发明采用ITO作为场效应晶体管的沟道材料。采用ITO FET测定蛋白质的pI，蛋白质的浓度可低至pg/mL，蛋白质样品体积只需10-50uL，测试精度可精确至0.1pH单位。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用氧化铟锡场效应晶体管检测蛋白质等电点的装置包括氧化铟锡场效应晶体管，所述氧化铟锡场效应晶体管从下至上依次设有衬底、高κ介质层、ITO沟道层，所述ITO沟道层的两端设有源漏电极，中部表面沉积有用于吸附蛋白质的金纳米粒子，所述源漏电极上设有绝缘层；所述氧化铟锡场效应晶体管的上部设有样品腔室，所述样品腔室的顶部设有用于通入不同pH的缓冲液的若干个进样口和单个出样口。

优选地，所述衬底为重掺硅片，作为氧化铟锡场效应晶体管的栅极。

优选地，所述高κ介质层为栅介质，具体为HfO₂、HfLaO、 Al₂O3或SiO₂，由原子层沉积法、磁控溅射或蒸镀制备，高κ介质层的厚度为3-10nm。

优选地，所述ITO沟道层为磁控溅射、原子层沉积或电子束蒸发制膜工艺生长，其厚度为5-10nm。