專利名稱：場效應(yīng)晶體管手性傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米技術(shù)、生物技術(shù)以及分析化學(xué)研究領(lǐng)域，尤其涉及一種基于硅納米線的場效應(yīng)晶體管手性傳感器以及其制備方法。
背景技術(shù)：
手性化合物在化學(xué)合成，催化，藥物，生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著非常重要應(yīng)用，手性識別因此也成為科學(xué)領(lǐng)域一個非常重要的問題。兩個對映異構(gòu)體具有完全不一樣的物理化學(xué)性質(zhì)，藥學(xué)性質(zhì)?，F(xiàn)在光學(xué)對應(yīng)異構(gòu)體的分離和檢測主要是采用色譜這樣的離線分析技術(shù)。發(fā)展一種簡單，經(jīng)濟快捷的手性檢測技術(shù)是具有重要意義。最近幾年手性傳感器研究已經(jīng)取得了一定的發(fā)展，其中手性選擇劑大部分借鑒色譜手性固定相(Angew. Chem. Int. Edit. 2004,43, 2395)。蛋白由于具有復(fù)雜而且可轉(zhuǎn)變的構(gòu) 象，在色譜上能夠很好地分離手性異構(gòu)體，國內(nèi)已有專利。牛血清白蛋白(BSA)，人血清白蛋白(HSA)等蛋白通常用來分離手性藥物，氨基酸等具有很好的分離效果。然而到目前為止這些蛋白還很少在手性傳感器上面進行手性識別。目前手性傳感器主要有三類手性電化學(xué)傳感器，手性質(zhì)量化學(xué)傳感器和手性光學(xué)傳感器。手性電化學(xué)傳感器的主要結(jié)構(gòu)特點就是將手性識別基團如環(huán)糊精，冠醚等負載在電極表面來進行檢測。另外一種質(zhì)量化學(xué)傳感器，主要是采用的石英晶體微天平(QCM)，在QCM表面修飾手性識別基團用來檢測，對映體所引起的頻率下降會有不一樣來進行檢測。光學(xué)傳感器有多種的傳感器，Hofstetter等人利用鍵連氨基酸抗體的微懸臂梁對氨基酸異構(gòu)體進行識別(Nature Biotech, 1999,17 :371),通過激光束反射懸臂偏轉(zhuǎn)情況來分析d/1氨基酸。Andreas Hierlemann(Angew. Chem. Int. Ed. 2008,47,913-916)設(shè)計出了新型電容型的傳感器，使用介電層作為敏感層來進行測量。能夠?qū)κ中詫τ钞悩?gòu)體測出對稱相反的信號出來。另外 Francesco Naso (Nature material 2008,7 ;412_417)等使用有機薄膜晶體管來進行手性解析，使用衍生化的聚噻吩作為柵極材料，同樣能夠?qū)κ中詫τ丑w能夠得到有差異的響應(yīng)。但是，上述手性傳感器存在操作復(fù)雜、靈敏度低且成本較高的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種操作簡單、靈敏度高、成本低廉的手性物質(zhì)識別傳感器。本發(fā)明利用的是硅納米線上修飾的蛋白質(zhì)的手性識別能力來傳感識別氨基酸的對映異構(gòu)體，由于蛋白質(zhì)和對映異構(gòu)體的結(jié)合位點有差異，因而引起氨基酸與蛋白質(zhì)結(jié)合后，可能發(fā)生硅納米線表面電荷密度的改變，從而導(dǎo)致源、漏兩極之間的電導(dǎo)率的改變，從而利用改變的差異而進行識別。本發(fā)明提供一種場效應(yīng)晶體管手性傳感器，包括一個或多個場效應(yīng)晶體管，該場效應(yīng)晶體管包括基底，用作柵電極；基底上的柵絕緣層；柵絕緣層上的硅納米線；源電極和漏電極，位于柵絕緣層上，并分別與硅納米線接觸；手性修飾分子層，修飾在硅納米線表面。根據(jù)本發(fā)明提供的場效應(yīng)晶體管手性傳感器，其中手性修飾分子為可以識別手性物質(zhì)的蛋白，如血清蛋白、卵磷脂蛋白、酸性糖蛋白、卵粘蛋白、胃蛋白、纖維素水解酶。 根據(jù)本發(fā)明提供的場效應(yīng)晶體管手性傳感器，其中基底為重摻雜硅片，柵絕緣層為氧化硅或氮化硅。根據(jù)本發(fā)明提供的場效應(yīng)晶體管手性傳感器，還包括柵絕緣層上的外電極，外電極分布于場效應(yīng)晶體管的外圍，并電連接到源電極和漏電極。根據(jù)本發(fā)明提供的場效應(yīng)晶體管手性傳感器，還包括具有溝槽、進樣口和出樣口的聚二甲基硅烷，聚二甲基硅烷以溝槽開口向下的方式覆蓋到基底上，硅納米線位于溝槽與基底形成的空間內(nèi)，進樣口和出樣口與該空間連通。本發(fā)明還提供一種場效應(yīng)晶體管手性傳感器的制造方法，包括
在表面具有絕緣層的基底上滴加娃納米線；在基底的絕緣層上形成接觸于硅納米線的源電極和漏電極；在硅納米線表面修飾上手性修飾分子層。根據(jù)本發(fā)明提供的場效應(yīng)晶體管手性傳感器的制造方法，還包括形成外電極；在基底上覆蓋具有溝槽以及進樣口和出樣口的聚二甲基硅烷，使硅納米線位于溝槽內(nèi)。其中采用硅烷偶聯(lián)劑法來對硅納米線進行修飾。本發(fā)明提供的場效應(yīng)晶體管手性傳感器不僅能進行有效的識別，而且能夠靈敏地檢測多種手性的對映異構(gòu)體，且可以容易地與現(xiàn)有的集成電路工藝相結(jié)合。


以下參照附圖對本發(fā)明實施例作進一步說明，其中圖I為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的場效應(yīng)晶體管的截面圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的場效應(yīng)晶體管手性傳感器的立體示意圖；圖3為圖2所示的場效應(yīng)晶體管手性傳感器的柵極附近的局部放大示意圖；圖4為對硅納米線進行修飾的過程的示意圖；圖5為檢測結(jié)果示意圖。
具體實施例方式圖I為用于本發(fā)明所提供的手性傳感器中的場效應(yīng)晶體管的示意圖，該場效應(yīng)晶體管包括基底1，用作柵電極；基底上的柵絕緣層2 ;柵絕緣層2上的硅納米線3 ;源電極4和漏電極5，位于柵絕緣層2上，并分別與硅納米線3接觸；手性修飾分子層6，修飾在硅納米線3表面。其中手性修飾分子為可以識別手性物質(zhì)的蛋白，如血清蛋白(例如牛血清蛋白，人血清蛋白)、卵磷脂蛋白、酸性糖蛋白、卵粘蛋白、胃蛋白、纖維素水解酶等。其中基底I可為硅片，如重摻雜硅片。柵絕緣層2可為氧化硅或氮化硅。源電極4 和漏電極 5 可為金屬電極，如 Cr/Au/Si02，Ti/Au/Si02, Pd/Au/Si02, Cr/Au/Si3N4, Ti/Au/Si3N4, Pd/Au/Si3N4。圖2為本發(fā)明的一個實施例提供的場效應(yīng)晶體管手性傳感器的示意圖，其包括尺寸為2X2cm的p型重摻雜硅片，用作基底，作為場效應(yīng)晶體管的柵電極；硅片上的300nm厚的氧化硅層，用作柵絕緣層；含有寬500um、深50um的溝槽的PDMS (聚二甲基硅烷)，溝槽與基底形成一空間，該PDMS還具有進樣口和出樣口，該進樣口和出樣口與該空間相連通，進樣口與出樣口之間的距離為2cm，PDMS以溝槽開口向下的方式覆蓋在柵絕緣層表面上； 氧化硅層上的硅納米線，如圖3的局部放大示意圖所示，硅納米線全部都位于上述空間內(nèi)；源電極和漏電極，位于氧化硅層上，并分別與硅納米線接觸，源電極和漏電極也位于上述空間內(nèi)；BSA層，修飾在硅納米線表面；位于氧化硅層上的外電極，其分布于場效應(yīng)晶體管的外圍，并通過引線連接于源電極4、漏電極5,以將源電極4和漏電極5上的信號輸出。下面描述圖2所示的實施例提供的場效應(yīng)晶體管手性傳感器的制造方法包括I)取一片表面具有厚度為300nm的氧化硅的p型重摻雜的硅片，切割成2X2cm的小片，依次用丙酮，異丙醇，水超聲10分鐘，然后用氮氣吹干，放入120°C下真空干燥10分鐘；2)將p型硅納米線分散在酒精中，在p型重摻雜硅片上滴加一層硅納米線，硅納米線的密度為100根/IOOum2 ；3)在硅片表面旋涂一層光刻膠，后烘，然后使用光學(xué)掩膜板在紫外光刻機下進行光刻，然后將顯影后的芯片放入電子束蒸鍍機里面先蒸鍍5nmCr,然后再蒸鍍80nmAu,最后將芯片放入丙酮中去膠，以在硅片表面的氧化硅上形成源電極、漏電極以及外電極；4)在基底I上覆蓋具有溝槽以及進樣口和出樣口的TOMS，使硅納米線3全部都在溝槽內(nèi)；5)采用硅烷偶聯(lián)劑法，用BSA對硅納米線進行修飾，修飾方法的具體步驟包括使用微量流量泵，以0. 3ml/小時的速度泵入10mg/ml的二羰基咪唑乙腈溶液(APTES)，50分鐘之后，泵入lOmmol/ml的磷酸鹽緩沖液(pH為7. 4) 10分鐘，然后泵入IOmg/ml的BSA的磷酸鹽緩沖液，磷酸鹽緩沖液濃度為lmmol/ml，沖2小時修飾完畢(該修飾過程如圖4所示)。圖5為利用該方法制造的場效應(yīng)晶體管手性傳感器的測量結(jié)果。在測量過程中，先使用10umol/ml的磷酸鹽緩沖液走基線,待基線走平后,進樣濃度為10nmol/ml的L-苯丙基氨基酸緩沖液，10分鐘后再換成lOumol/ml的磷酸鹽緩沖液，待走平基線后再次進樣I Onmo I/ml的D-苯丙基氨基酸緩沖液,能夠測得同種濃度下面對映異構(gòu)體的響應(yīng)有較大的差異(其中，圖5中D-phe表不D-苯丙基氨基酸，1-phe表不L-苯丙基氨基酸)。這是因為當(dāng)待檢測液通過硅納米線表面時，如果檢測液中間含有待測樣品，硅納米線表面的手性修飾分子可以與檢測液中的待測樣品結(jié)合，而引起硅線表面的電荷數(shù)量改變，由于使用的是手性修飾分子，因此對映異構(gòu)體所引起的硅納米線表面的電荷改變會有較大的差異，即源，漏極之間的電導(dǎo)率的差異較大。從而對不同旋光性物質(zhì)進行區(qū)分。由此可見，本發(fā)明提供的場效應(yīng)晶體管手性傳感器能進行有效的手性識別。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中柵絕緣層的厚度可為300_1000nm。根據(jù)本發(fā)明的再一個實施例，其中溝槽的寬度可為100-1000um、深度為30_70um、進樣口與出樣口之間的距離為l_3cm。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，其中硅納米線也可以為n型，硅納米線的密度為1-1000 根 /IOOum2。
根據(jù)本發(fā)明的再一個實施例，除了光刻方法外，也可以用其他本領(lǐng)域公知的電極制作方法來制造源電極、漏電極以及外電極。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，硅烷偶聯(lián)劑法中，泵入速度可為0. Iml/小時-IOml/小時，二羰基咪唑乙腈溶液(APTES)的濃度可以為0. l-20mg/ml的，磷酸鹽緩沖液的濃度可以為0. l-10mmol/ml, pH可以為7. 1-7.4，BSA (或其他手性修飾分子)的濃度可以為lmg-10mg/ml,沖1-5小時修飾完畢。最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種場效應(yīng)晶體管手性傳感器,包括一個或多個場效應(yīng)晶體管,該場效應(yīng)晶體管包括: 基底，用作柵電極； 基底上的棚絕緣層； 柵絕緣層上的硅納米線； 源電極和漏電極，位于柵絕緣層上，并分別與硅納米線接觸； 手性修飾分子層，修飾在硅納米線表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管手性傳感器，其中手性修飾分子為可以識別手性物質(zhì)的蛋白。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的場效應(yīng)晶體管手性傳感器，其中手性修飾分子為血清蛋白、卵磷脂蛋白、酸性糖蛋白、卵粘蛋白、胃蛋白、纖維素水解酶。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管手性傳感器，其中基底為重摻雜硅片。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管手性傳感器，其中柵絕緣層為氧化硅或氮化硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管手性傳感器，還包括柵絕緣層上的外電極，夕卜電極分布于場效應(yīng)晶體管的外圍，并電連接到源電極和漏電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管手性傳感器，還包括具有溝槽、進樣口和出樣口的聚二甲基硅烷，聚二甲基硅烷以溝槽開口向下的方式覆蓋到基底上，硅納米線位于溝槽與基底形成的空間內(nèi)，進樣口和出樣口與該空間連通。
8.—種制造如權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管手性傳感器的方法，包括 1)在表面具有絕緣層的基底上滴加硅納米線； 2)在基底的絕緣層上形成接觸于硅納米線的源電極和漏電極； 3)在硅納米線表面修飾上手性修飾分子層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造場效應(yīng)晶體管手性傳感器的方法，還包括 4)形成外電極； 5)在基底上覆蓋具有溝槽以及進樣口和出樣口的聚二甲基硅烷，使硅納米線位于溝槽內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造場效應(yīng)晶體管手性傳感器的方法，其中采用硅烷偶聯(lián)劑法來對硅納米線進行修飾。
全文摘要
本發(fā)明提供一種場效應(yīng)晶體管手性傳感器，包括一個或多個場效應(yīng)晶體管，該場效應(yīng)晶體管包括基底，用作柵電極；基底上的柵絕緣層；柵絕緣層上的硅納米線；源電極和漏電極，位于柵絕緣層上，并分別與硅納米線接觸；手性修飾分子層，修飾在硅納米線表面。本發(fā)明還提供一種場效應(yīng)晶體管手性傳感器的制造方法。
文檔編號G01N27/414GK102749379SQ20111009771
公開日2012年10月24日 申請日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
發(fā)明者吳春卉, 宮建茹 申請人:國家納米科學(xué)中心