[發明專利]用于超靈敏的核酸檢測的電傳感器

無效

• 申請號: 201080019103.2
• 申請日: 2010-03-11
• 公開（公告）號: CN102414557A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 高志強;索梅納特·羅伊;陳驍軍
• 申請（專利權）人: 新加坡科技研究局
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327;C12Q1/68;G01N33/483
• 代理公司: 北京信慧永光知識產權代理有限責任公司 11290
• 代理人: 褚海英;武玉琴

相關申請的交叉引用

本申請要求2009年3月11日提交的新加坡專利申請第200901668-4號的優先權，為了所有目的，將其全部內容通過引用并入此處。

技術領域

本發明涉及電化學領域。更為具體地，本發明涉及利用電化學設備和方法對核酸的檢測。

背景技術

隨著例如DNA和RNA等核酸的出現，近10年見證了微陣列在基因表達譜和單核苷酸多態性(SNP)檢測中所經歷的變更。例如結合了聚合酶鏈反應(PCR)的微陣列技術，由于其巨大的并行性和高的輸出量，已經成為當前的技術水平。盡管分子生物和醫藥的發展表現出相當的前景，但基于熒光的微陣列技術在光學檢測中存在一些固有的缺點，這包括需要昂貴而龐大的光學掃描儀、由于熒光染料的光致退色導致的潛在圖像惡化和由于標記熒光染料之間的光譜串擾而導致的模糊的讀出。核酸微陣列的電模擬可為核酸的快速定量化提供一個可行的選擇，這對于臨床以及防護應用場合尤其是期望的。

在過去幾年內，研究者已經提出了具有直接電轉換的幾個作標記和無標記的感測技術。直接電轉換相對其它方法具有幾個優點。最好的前景之一是使用標準的CMOS技術可以使傳感器單元與關聯的信號處理電路進行片上集成的可行性。參考文獻，相比于電阻或電容器件，利用各種微米和納米制備技術已經對場效應器件進行了更為廣泛的研究。在前一類器件中，經過在柵介質上的與生物有關的相互作用，一旦引入帶電分子(例如核酸)，通過表面電勢的變化來調節電特性。場效應感測避免了電流通過DNA傳導，該導電可能產生不想要的電化學變化。然而，限制場效應傳感器用于DNA檢測的最關鍵參數為(i)很小的信號背景比和(ii)狹窄的檢測窗口。另外，信號的可靠性經常出現問題，這是因為直流讀出電子電路在柵極輸入處經常出現長期的漂移。

最近，Shiigi，H.、Tokonami，S.等人(2005，J.Am.Chem.Soc，vol.127，pp.3280)構建了金納米顆粒(GNP)的膜，使用癸二硫醇作為鉑微電極之間的隔離物。在他們的方法中，在用于橋接相鄰GNP的受體-靶分子復合物的形成之前和之后，作者監測了電荷載流子的隧道效應。由于電荷載流子通過DNA分子的流動相當有限，因此在雜交時基線電流的變化小于1％，使得該方法傾向于產生錯誤的信號。在另一方法中，Roy，S.、Vedala，H.等人(2008，Nano?Lett.，vol.8，ρp.26)開發了一種夾于一對碳納米管電極之間的單鏈DNA(ss-DNA)，從而用探針探查ss-DNA的自有電荷導電性以及其雜交后的雙鍵結構。由于在碳納米管電極和捕獲探針之間存在非常短的化學接頭，信噪比被提高到25％。雖然對電荷流機制的基本認識感興趣，但來自這樣的單個納米管單DNA系統的信號的可靠性可能不夠高，從而不足以在生物醫藥界被接受。

而且，經濟有效地制備高度一致的具有高擴展潛力的納米結構對于很多技術應用非常重要，然而其仍為技術挑戰。很多自底向上(bottom-up)的方法遇到了某些限制，例如器件之間的一致性，這反映出器件在制備過程中的差異，還遇到低產量以及低可擴展性。另一方面，廣泛應用的制備窄納米間隙的自頂向下(top-down)的方法，例如機械裂結法、電子束刻蝕法、電遷移、蘸水筆刻蝕、透射電子顯微鏡輔助納米濺射以及電鍍，都必須解決例如高成本、低產量等問題，目的是離常規制備方法更近一步。

因此，本發明的一個目標是提供新穎的、適于克服至少一部分上述缺點的設備和方法。

發明內容

在第一方面，本發明涉及一種用于檢測核酸分子的傳感器。該傳感器包括或由下列部件組成：

電極結構，其包括第一電極、第二電極以及重疊區，其中，在所述重疊區內：所述第二電極的一部分與所述第一電極的一部分重疊，以使所述第二電極的頂面水平高于所述第一電極的頂面水平，在所述第一電極和所述第二電極之間設有絕緣層，該絕緣層與所述第一電極和所述第二電極接觸；

第一核酸探針，其固定于所述第一電極的表面；和

第二核酸探針，其固定于所述第二電極的表面。

在另一方面，本發明涉及一種核酸檢測成套裝置，該成套裝置包括或由下列部件組成：如本文所述的傳感器；含有金屬前驅體的溶液；和適用于對所述金屬前驅體進行化學還原的溶液。