一種石墨烯場效應(yīng)晶體管生物傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于提供一種石墨烯場效應(yīng)晶體管生物傳感器，包括基底層，所述基底層上設(shè)有傳感陣列、電墊和導(dǎo)線，所述傳感陣列包括至少3條平行的金屬電極，每兩條順次相鄰的金屬電極組合構(gòu)成一組金屬電極對，共組成至少2組金屬電極對，所述每組金屬電極對的兩個(gè)金屬電極之間設(shè)有石墨烯導(dǎo)電通道，所述傳感陣列中的每條金屬電極分別通過導(dǎo)線與電墊連接，所述電墊與外側(cè)信號檢測裝置連接。本實(shí)用新型傳感器可以同時(shí)檢測多個(gè)樣本或?qū)ν粋€(gè)樣本同時(shí)進(jìn)行多組平行檢測，具有高通量、高靈敏度、分析速度快、體積小、試樣用量少，成本低、易于大批量制備的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種石墨烯場效應(yīng)晶體管生物傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及生物傳感器，特別涉及一種石墨烯場效應(yīng)晶體管生物傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和儀器設(shè)備的更新?lián)Q代與發(fā)展，臨床對許多疾病的診斷、治療監(jiān)測和預(yù)后評估都越來越依靠實(shí)驗(yàn)室提供的數(shù)據(jù)。臨床對實(shí)驗(yàn)室的總體要求是報(bào)告快速、結(jié)果準(zhǔn)確。雖然目前檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)發(fā)展日新月異，先進(jìn)的自動(dòng)化檢測儀器發(fā)展較快，許多專業(yè)檢測技術(shù)和方法都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，檢測項(xiàng)目多，但其檢測技術(shù)和方法仍存在一定局限性和不足，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)速度慢:如臨床微生物學(xué)檢驗(yàn)，由于微生物培養(yǎng)所需時(shí)間長，報(bào)告不夠快速；(2)所需標(biāo)本量較大:如血液流變學(xué)分析，一次分析需全血約5ml ;(3)敏度低:如感染性疾病診斷技術(shù)方面，有些方法的靈敏度還不能滿足臨床的需要，易造成漏診；(4)準(zhǔn)確性低:如聚合酶鏈反應(yīng)，方法靈敏度高，但影響因素多，易污染，致結(jié)果假陽性和假陰性。
[0003]近年來，以生物傳感器為代表的新型分子識別技術(shù)，由于其具有實(shí)時(shí)檢測、準(zhǔn)確定量、靈敏度高、特異性高、無須標(biāo)記、經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)，逐漸受到研究者的重視，被認(rèn)為是現(xiàn)代臨床診斷和檢驗(yàn)的一個(gè)新的發(fā)展方向。在基因、蛋白、細(xì)胞、病原微生物等檢測方面得到了極大的應(yīng)用。同時(shí)生物傳感器具有操作簡單、環(huán)境要求簡單、檢測設(shè)備易于微型化等特點(diǎn)，使其具有更大的臨床應(yīng)用價(jià)值。
[0004]石墨烯是一種從石墨材料中剝離出的單層碳原子面材料，是碳的二維結(jié)構(gòu)。和其它結(jié)構(gòu)相比，石墨烯具有極高的電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率、及出色的機(jī)械強(qiáng)度；并且作為單原子平面二維晶體，石墨烯在高靈敏度檢測領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢。目前，石墨烯生物傳感器的研究和開發(fā)才剛剛起步，現(xiàn)階段研制的石墨烯生物傳感器主要是基于“自上而下”方法來制備的。
[0005]利用化學(xué)方法合成石墨烯，建立石墨烯的化學(xué)修飾和功能化，構(gòu)建基于石墨烯的場效應(yīng)晶體管生物傳感器。在該傳感器表面固定化不同的生物分子如蛋白質(zhì)，DNA作為受體，重點(diǎn)開展針對與目前全世界范圍內(nèi)的流行性疾病，例如肝炎、愛滋病、肺結(jié)核、頭號殺手癌癥和致命殺手心臟病等疾病相關(guān)的疾病的診斷研究。
[0006]石墨烯場效應(yīng)晶體管生物傳感器以電子檢測為手段，以其無需標(biāo)記、靈敏度高、輕巧方便、攜帶方便、能與現(xiàn)代微電子技術(shù)聯(lián)用、易于實(shí)現(xiàn)微型化和集成化等優(yōu)點(diǎn)，必將在臨床疾病診斷方面發(fā)揮重要作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型的目的在于提供一種可以同時(shí)檢測多個(gè)樣本或?qū)ν粋€(gè)樣本同時(shí)進(jìn)行多組平行檢測的的石墨烯場效應(yīng)晶體管生物傳感器。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:
[0009]一種石墨烯場效應(yīng)晶體管生物傳感器，其特征在于:它包括基底層，所述基底層上設(shè)有傳感陣列、電墊和導(dǎo)線，所述傳感陣列包括至少3條平行的金屬電極，每兩條順次相鄰的金屬電極組合構(gòu)成一組金屬電極對，共組成至少2組金屬電極對，所述每組金屬電極對的兩個(gè)金屬電極之間設(shè)有石墨烯導(dǎo)電通道，所述傳感陣列中的每條金屬電極分別通過導(dǎo)線與電墊相連接，所述電墊與外側(cè)信號檢測裝置連接。
[0010]上述方案中，所述傳感陣列包括7條平行的金屬電極，每兩條順次相鄰的金屬電極組合構(gòu)成一組金屬電極對，共組成6組金屬電極對，所述7條金屬電極各通過一根導(dǎo)線與一個(gè)電墊相連接。
[0011 ] 上述方案中，所述石墨烯導(dǎo)電通道由石墨烯覆蓋在各組金屬電極對的兩個(gè)電極之間形成。
[0012]上述方案中，所述石墨烯為連接有探針分子修飾的石墨烯；具體地，所述石墨烯可為通過化學(xué)鍵鍵連有PNA修飾的PNA-石墨烯。
[0013]上述方案中，所述基底層由硅基質(zhì)及沉積在硅基質(zhì)上的二氧化硅構(gòu)成。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果:
[0015]本實(shí)用新型所述的石墨烯場效應(yīng)晶體管生物傳感器可以同時(shí)檢測多個(gè)樣本或?qū)ν粋€(gè)樣本同時(shí)進(jìn)行多組平行檢測，具有高通量、高靈敏度、分析速度快、體積小、試樣用量少，成本低、易于大批量制備的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為實(shí)用新型石墨烯場效應(yīng)晶體管生物傳感器的平面圖。
[0017]圖2為圖1中傳感陣列的放大圖。
[0018]圖3為圖1中傳感針列的縱向剖視圖。
[0019]圖4為本實(shí)用新型中石墨稀場效應(yīng)晶體管的使用不意圖。
[0020]圖中:1為傳感陣列，2為電墊(pad)，3為導(dǎo)線，4為金屬電極，5為石墨烯導(dǎo)電通道,6為娃基質(zhì),7為二氧化娃,8為銀線。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為了更好地理解本實(shí)用新型，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型的內(nèi)容，但不僅僅局限于下面的實(shí)例。
[0022]實(shí)施例1
[0023]參照圖1、圖2和圖3所示，本實(shí)用新型石墨烯場效應(yīng)晶體管生物傳感器，包括基底層，所述基底層由硅基質(zhì)(6 )及沉積在硅基質(zhì)上的二氧化硅(7 )構(gòu)成，基底層上設(shè)有傳感陣列(I)、電墊(2)和導(dǎo)線(3)，所述傳感陣列包括7條平行的金屬電極(4)，每兩條順次相鄰的金屬電極組合構(gòu)成一組金屬電極對，共組成6組金屬電極對,所述每組金屬電極對的兩條金屬電極之間通過覆蓋石墨烯形成石墨烯導(dǎo)電通道(5)，所述7條金屬電極各通過一根導(dǎo)線與一個(gè)電墊相連接，所述電墊與外側(cè)信號檢測裝置連接。
[0024]如圖4所示，本實(shí)施例石墨烯場效應(yīng)晶體管生物傳感器的使用方法如下:
[0025]對I個(gè)樣本同時(shí)進(jìn)行多組平行檢測的方法:
[0026](I)首先在傳感陣列處滴加10 μ L0.0lxPBS緩沖液，使該緩沖液覆蓋6組金屬電極對，再在該緩沖液液滴上插入一根銀線(8)作為柵極，每組金屬電極對的兩個(gè)金屬電極分別與電墊相連接，再由電墊、柵極和外側(cè)信號檢測裝置連接形成一個(gè)獨(dú)立的電流通路，測定每組未雜交DNA的PNA所對應(yīng)的電流；
[0027](2)然后在傳感陣列處滴加一滴含DNA待測樣本的反應(yīng)液，使該反應(yīng)液滴覆蓋6組金屬電極對，待樣本中DNA與石墨烯上的PNA雜交I小時(shí)后，沖洗吹干，再在傳感陣列處滴加10 μ L0.0lxPBS緩沖液，使該緩沖液覆蓋6組金屬電極對，再在該緩沖液液滴上插入一根銀線作為柵極，每組金屬電極對的兩個(gè)金屬電極分別與電墊相連接，再由電墊、柵極和外側(cè)信號檢測裝置連接形成一個(gè)獨(dú)立的電流通路，測定PNA和DNA雜交后所對應(yīng)的電流，由此形成6個(gè)獨(dú)立的電流通路實(shí)現(xiàn)對待測樣本的6組平行檢測。
[0028]同時(shí)進(jìn)行多個(gè)樣本檢測的檢測方法:
[0029](I)首先在傳感陣列處滴加10 μ L0.0lxPBS緩沖液，使該緩沖液覆蓋6組金屬電極對，再在該緩沖液液滴上插入一根銀線(8)作為柵極，每組金屬電極對的兩個(gè)金屬電極分別與電墊相連接，再由電墊、柵極和外側(cè)信號檢測裝置連接形成一個(gè)獨(dú)立的電流通路，測定每組未雜交DNA的PNA所對應(yīng)的電流；
[0030](2)在傳感陣列的6組金屬電極對中分別滴加待檢測的反應(yīng)液樣本，待各樣本中DNA與石墨烯上的PNA雜交I小時(shí)后，沖洗吹干，然后在傳感陣列處滴加10 μ L0.0lxPBS緩沖液，該緩沖液覆蓋6組金屬電極對，再在該緩沖液液滴上插入一根銀線作為柵極，每組金屬電極對的兩個(gè)金屬電極分別與電墊相連接，再由電墊、柵極和外側(cè)信號檢測裝置連接形成一個(gè)獨(dú)立的電流通路，測定PNA和DNA雜交后所對應(yīng)的電流，由此形成6個(gè)獨(dú)立的電流通路實(shí)現(xiàn)對6個(gè)獨(dú)立檢測樣本的同時(shí)檢測。
[0031]具體地,所述的反應(yīng)液中含有的待測目標(biāo)DNA滴加到金屬電極對上時(shí),待測目標(biāo)DNA會(huì)與石墨烯上的PNA相互雜交，雜交后DNA上的核苷酸與石墨烯發(fā)生相互作用，使石墨烯發(fā)生η型摻雜，從而引起石墨烯狄拉克點(diǎn)的變化，然后通過外側(cè)電信號檢測裝置即可以觀察到待測目標(biāo)DNA的濃度相對于電信號的變化。由此，可以通過這種電信號的變化來確定未知待測目標(biāo)DNA的濃度。同理，也可將抗原或抗體固定在石墨烯上，來檢測抗體分子或抗原分子。
[0032]綜上，本實(shí)施例所述的石墨烯場效應(yīng)晶體管生物傳感器可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)樣本的同時(shí)檢測或?qū)ν粋€(gè)樣本同時(shí)進(jìn)行多組平行檢測的目的，并具有高通量、高靈敏度、分析速度快、體積小、試樣用量少，成本低、易于大批量制備的優(yōu)點(diǎn)。
[0033]顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的實(shí)例，而并非對實(shí)施方式的限制。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而因此所引申的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯場效應(yīng)晶體管生物傳感器，其特征在于:它包括基底層，所述基底層上設(shè)有傳感陣列、電墊和導(dǎo)線，所述傳感陣列包括至少3條平行的金屬電極，每兩條順次相鄰的金屬電極組合構(gòu)成一組金屬電極對，共組成至少2組金屬電極對，所述每組金屬電極對的兩個(gè)金屬電極之間設(shè)有石墨烯導(dǎo)電通道，所述傳感陣列中的每條金屬電極分別通過導(dǎo)線與電墊相連接，所述電墊與外側(cè)信號檢測裝置連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述石墨烯場效應(yīng)晶體管生物傳感器，其特征在于:所述傳感陣列包括7條平行的金屬電極，每兩條順次相鄰的金屬電極組合構(gòu)成一組金屬電極對，共組成6組金屬電極對，所述7條金屬電極各通過一根導(dǎo)線與一個(gè)電墊相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述石墨烯場效應(yīng)晶體管生物傳感器，其特征在于:所述石墨烯導(dǎo)電通道由石墨烯覆蓋在各組金屬電極對的兩個(gè)電極之間形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述石墨烯場效應(yīng)晶體管生物傳感器，其特征在于，所述石墨烯為探針分子修飾的石墨烯。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述石墨烯場效應(yīng)晶體管生物傳感器，其特征在于，所述石墨烯為PNA修飾的PNA-石墨烯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述石墨烯場效應(yīng)晶體管生物傳感器，其特征在于，所述基底層由硅基質(zhì)及沉積在上的二氧化硅構(gòu)成。
【文檔編號】G01N27/414GK203732494SQ201320733508
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月19日
【發(fā)明者】張國軍, 蔡冰潔 申請人:湖北中醫(yī)藥大學(xué)