[發(fā)明專利]生物傳感器及其DNA測(cè)序方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210155446.2
• 申請(qǐng)日: 2012-05-18
• 公開（公告）號(hào): CN103424457A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙超;董立軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院微電子研究所
• 主分類號(hào): G01N27/414
• 分類號(hào): G01N27/414;G01N27/447
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 王波波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)型生物傳感器及DNA測(cè)序方法，更具體地，涉及用于DNA測(cè)序的FET型生物傳感器及DNA測(cè)序方法。

背景技術(shù)

DNA測(cè)序(DNA?sequencing)是分析特定DNA片段的堿基序列的排列方式的技術(shù)。該技術(shù)的主要發(fā)展方向是在提高測(cè)序通量(測(cè)序數(shù)據(jù)量)的同時(shí)，降低原始數(shù)據(jù)中每個(gè)堿基的測(cè)序成本，以使該技術(shù)的廣泛應(yīng)用成為可能，例如用于個(gè)人基因組測(cè)序，宏基因組學(xué)研究，以及對(duì)大量重要物種的測(cè)序。

納米孔測(cè)序(nanopore?sequencing)是新一代的DNA測(cè)序技術(shù)。該技術(shù)利用電泳驅(qū)使DNA分子通過納米孔，并且利用阻塞電流法、隧道電流法、電容法等檢測(cè)不同類型的堿基序列所導(dǎo)致的物理參數(shù)變化。由于納米孔的直徑限制，每次僅一個(gè)DNA單鏈通過納米孔，這可以實(shí)現(xiàn)高通量和高準(zhǔn)確度的測(cè)序。在電場(chǎng)的作用下，甚至長(zhǎng)達(dá)1000個(gè)堿基的DNA分子可以通過納米孔，這可以實(shí)現(xiàn)大測(cè)序長(zhǎng)度。而且，納米孔測(cè)序不需要進(jìn)行DNA擴(kuò)增和標(biāo)記，這避免了繁瑣的文庫(kù)制備過程，不僅提高了測(cè)序速度，而且降低了測(cè)序成本。

在納米孔測(cè)序中，DNA分子高速(大約微秒的量級(jí))通過納米孔，一方面提高了測(cè)序速度，另一方面導(dǎo)致信號(hào)檢測(cè)信號(hào)微弱(大約PA的量級(jí))。因此，在納米孔測(cè)序中需要使用高靈敏度的讀出電路，例如由FET組成的讀出電路，以控制熱噪聲和提高信噪比。

在納米孔測(cè)序中仍然期望提供可以高靈敏度地檢測(cè)DNA的堿基序列的生物傳感器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種可以在DNA測(cè)序中提高檢測(cè)靈敏度的生物傳感器及DNA測(cè)序方法。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種生物傳感器，包括：源電極；漏電極；位于源電極和漏電極之間的溝道區(qū)，其中該溝道區(qū)由半導(dǎo)體納米線的至少一部分形成；在溝道區(qū)中穿透半導(dǎo)體納米線的納米孔；以及位于納米孔的內(nèi)壁處的柵極介質(zhì)層，其中納米孔的直徑設(shè)置為使得可以通過DNA分子。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種采用上述生物傳感器進(jìn)行DNA測(cè)序的方法，包括：利用電泳驅(qū)動(dòng)DNA分子通過納米孔；在DNA分子通過納米孔時(shí)，在源電極和漏電極上測(cè)量溝道區(qū)的電導(dǎo)；以及根據(jù)DNA分子導(dǎo)致的溝道區(qū)的電導(dǎo)變化，確定DNA分子中的堿基序列的類型。

本發(fā)明的生物傳感器直接基于場(chǎng)效應(yīng)，在該生物傳感器的溝道中的納米孔中通過的DNA分子起到柵極的作用。該生物傳感器的溝道區(qū)的電導(dǎo)受到堿基序列的表面電荷(正或負(fù))的影響。該電導(dǎo)是堿基序列的表面電荷的響應(yīng)信號(hào)，進(jìn)而可以表征堿基序列的類型。該生物傳感器利用場(chǎng)效應(yīng)可以提供高信噪比的輸出，實(shí)現(xiàn)高檢測(cè)靈敏度，從而可以應(yīng)用于納米孔測(cè)序。

附圖說(shuō)明

圖1a和1b分別示出根據(jù)本發(fā)明的生物傳感器的俯視圖和截面圖，其中該截面圖沿圖1中的線A-A截取。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的生物傳感器的等效電路圖。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的DNA測(cè)序方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。在各個(gè)附圖中，相同的元件采用類似的附圖標(biāo)記來(lái)表示。為了清楚起見，附圖中的各個(gè)部分沒有按比例繪制。

應(yīng)當(dāng)理解，在描述器件的結(jié)構(gòu)時(shí)，當(dāng)將一層、一個(gè)區(qū)域稱為位于另一層、另一個(gè)區(qū)域“上面”或“上方”時(shí)，可以指直接位于另一層、另一個(gè)區(qū)域上面，或者在其與另一層、另一個(gè)區(qū)域之間還包含其他的層或區(qū)域。并且，如果將器件翻轉(zhuǎn)，該一層、一個(gè)區(qū)域?qū)⑽挥诹硪粚印⒘硪粋€(gè)區(qū)域“下面”或“下方”。

如果為了描述直接位于另一層、另一個(gè)區(qū)域上面的情形，本文將采用“直接在......上面”或“在......上面并與之鄰接”的表述方式。

在本申請(qǐng)中，術(shù)語(yǔ)“半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)”指在制造半導(dǎo)體器件的各個(gè)步驟中形成的整個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的統(tǒng)稱，包括已經(jīng)形成的所有層或區(qū)域。

在下文中描述了本發(fā)明的許多特定的細(xì)節(jié)，例如器件的結(jié)構(gòu)、材料、尺寸、處理工藝和技術(shù)，以便更清楚地理解本發(fā)明。但正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解的那樣，可以不按照這些特定的細(xì)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。