[发明专利]基于场效应晶体管结构的光电免疫检测设备及其制造方法

说明书

本发明公开了一种基于场效应晶体管结构的光电免疫检测设备及其制造方法，该设备利用了间接免疫荧光测定方法，将光信号转换成电信号对抗原进行检测；该设备由场效应晶体管、硅光波导环形谐振器、储液槽三部分构成，三部分均在同一个绝缘层上硅衬底上制备而成；绝缘层上硅膜刻蚀形成硅光波导环形谐振器，硅光波导环形谐振器的直波导的一端作为光输入端口与储液槽相连，另一端作为光输出端口与场效应晶体管的沟道相连；储液槽表面进行修饰，用于滴加待检测样品并固定样品中抗原。本发明可以很好的将免疫检测与集成电路制造工艺结合，降低检测成本以及操作难度。

技术领域

本发明属于生物传感器领域，涉及一种基于场效应晶体管，利用光信号转换为电信号进行免疫传感的检测设备及其制造方法。

背景技术

免疫传感是基于抗原抗体特异性识别功能研制而成的一类生物传感器，具有分析灵敏度高、特异性强、使用简便以及成本较低等优点，在临床医学、生物监测、环境监测与处理等广泛领域都有应用。

抗体(免疫球蛋白)可以与荧光色素相结合，而不失其抗体的免疫活性，利用荧光抗体染色进行检测有两种不同的方法。直接免疫荧光采用直接以荧光染料标记的抗体；而间接免疫荧光测定则是以荧光素标记二抗，抗体与相应抗原结合后，荧光标记的二抗与已结合的抗体发生作用，从而推知抗原或抗体的存在。间接免疫荧光法的特异性更强。

传统的荧光免疫检测设备存在一定的局限性，它往往需要配备光谱仪用于检测荧光，这在一定程度上增加了检测设备的成本，也增大了设备的体积。因此，需要研发新型的免疫检测设备，克服当前荧光免疫检测设备的缺点。

发明内容

本发明的目的在于针对现有免疫检测设备的不足，提供一种基于场效应晶体管结构的光电免疫检测设备及其制造方法。

本发明的目的是通过以下技术原理来实现的：当紫外光束照射在经过间接免疫荧光处理后的待测物上时，荧光色素吸收光照，发出另一种波长更长的光束。如，目前最常用的荧光染料异硫氰酸荧光素(FITC)，它的激发波长约为488nm，发射波长为520nm。发射的光束可以通过硅光波导进行传输。环形光学谐振器利用波导导引光场形成一个闭环，当光场经由环形波导时，如果传播长度是波长的整数倍时，则光场会形成正反馈，将在谐振腔内强烈地激励起谐振模式，谐振条件公式为mλ＝2πRn_eff，其中m为谐振级数，λ为波长，R为环形波导的半径，n_eff为波导有效折射率。因此可以实现对光的振幅调制，对特定波长的光进行放大，抑制其他波段的光，起到滤波的作用。以荧光素为异硫氰酸为例，对荧光素处理后的待测物施加波长488nm光照，并且当待测物中存在特定抗原时，异硫氰酸荧光色素发出波长为520nm的光束，通过硅光波导传导到场效应晶体管处，改变场效应晶体管的电学性能，而激发光照(488nm)则会通过环形光学谐振器得到抑制。

采用场效应晶体管(MOSFET)结构作为免疫检测设备，通过对MOSFET器件输出电流的检测，判断是否有光照射在MOSFET器件上，从而判断待测样品中有无特定抗原，是对传统免疫传感设备进行改进的可行方案之一，具有一系列优点。首先，基于MOSFET的光电免疫检测设备利用了半导体的光电效应。当光照射到半导体表面时，如果光子能量大于半导体材料的禁带宽度E_g，电子就能被激发跃迁入导带，并在价带中留下一个空穴，光照会降低MOSFET阈值电压，而MOSFET的电学性能，如输出特性、转移特性等易于测得，因此大大减小了操作难度。其次，由于MOSFET结构的阈值电压随环境实时变化，因此响应速度很快，能够实现对细胞的实时监测。此外，基于MOSFET结构的光电免疫检测设备能够通过晶圆工艺制造，很容易与外围的电学器件集成，形成片上系统，有利于传感系统的小型化。综上所述，基于MOSFET结构的免疫检测设备具有很好的应用前景。进一步的，与直接将荧光素发出的光施加到场效应晶体管沟道处而不通过环形光学谐振器的光电免疫检测设备相比，本设备在储液槽与场效应晶体管之间增加了环形光学谐振器，通过调整环形波导的半径可以精确调整能够通过光波导传输到场效应晶体管的光束波段，并抑制其他波段的光照，从而很好的避免了激发光源和环境光对免疫检测的干扰。