[發明專利]GaAs基PHEMT生物傳感器及其制作方法

有效

• 申請號: 201410072466.2
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN104880493B
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 王成艷;張楊;關敏;丁凱;張斌田;林璋;黃豐;曾一平
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26;G01N27/327
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及半導體器件以及生物化學領域，特別是一種用于檢測汞離子(Hg²⁺)的GaAs基高電子遷移率晶體管(PHEMT)生物傳感器。

背景技術

早在1953年，日本的九州熊本縣就發生過嚴重的汞中毒事件，先后有約25％的人患水俁病。隨著工業的發展，人們向水、空氣和土壤中排放了大量的汞，而無論何種形態的汞最終都可能會轉化為甲基汞或二甲基汞。其中無機汞中毒可能會引起急性腎衰竭等疾病，有機汞如甲基汞中毒則可導致中樞神經病變。肌肉萎縮、智能受損等癥狀。汞污染日益嚴重的情況下，2011年，我國首個“十二五”專項計劃中設計力求控制五種重金屬，其中就包括汞離子。能夠隨時精確的檢測溶液中Hg²⁺濃度，對于人們的生命安全具有十分重要的意義。一方面，通過檢測隨時檢測水溶液中的Hg²⁺濃度，能夠很大程度上避免汞中毒事件的發生；另一方面，能夠快速的檢測血液以及尿液中的Hg²⁺含量，臨床上可以及時確診汞中毒，從而及時確定治療方案，提高患者的治愈率。

目前常用的Hg²⁺檢測方法主要有分光光度法，原子發射光譜法，原子吸收光譜法，氫化物發生原子熒光光譜法等。其中分光光度法反應時間長且對于與汞離子化學性質相近的重金屬離子存在誤讀問題，原子發射光譜法則對于儀器和精度的要求較高，原子吸收光譜法樣品制作要求高。因此，這些方法往往存在著儀器昂貴、分析周期長、樣品預處理復雜等問題。

GaAs基高電子遷移率晶體管(PHEMT)器件具有高載流子濃度、高遷移率等特點，因而當柵極電荷發生變化時能夠及時迅速精確的通過源漏電流的變化量反映出來。因此，利用GaAs基PHEMT器件可以制作高靈敏度傳感器。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明所要解決的技術問題是目前的用于檢測汞離子(Hg²⁺)的傳感器設備昂貴、檢測周期長等問題。

(二)技術方案

為解決上述技術問題，本發明提出一種GaAs基PHEMT生物傳感器，用于檢測Hg²⁺，包括GaAs基PHEMT，其包括源、漏電極和柵極金屬電極；可特異性識別Hg²⁺的生物分子層，其形成于所述柵極金屬電極上，并能夠根據Hg²⁺的含量而使其電荷分布發生變化，從而影響GaAs基PHEMT的柵極電荷，使得GaAs基PHEMT的源漏電流發生變化。

根據本發明的一種具體實施方式，GaAs基PHEMT生物傳感器還包括器件保所層，其位于源、漏電極和柵極金屬電極以外的區域表面上。

根據本發明的一種具體實施方式，所述柵極金屬電極由Au構成。

根據本發明的一種具體實施方式，柵極金屬電極的面積為3000～3500μm²。

根據本發明的一種具體實施方式，所述特異性識別Hg²⁺的生物分子層是一端巰基修飾的由胸腺嘧啶(T)構成的DNA單鏈。

根據本發明的一種具體實施方式，所述特異性識別Hg²⁺的生物分子層是一端巰基修飾、另一端羧基二茂鐵修飾的由胸腺嘧啶(T)構成的DNA單鏈。

同時，本發明還提出一種制造GaAs基PHEMT生物傳感器的方法，包括如下步驟：S1、制備GaAs基PHEMT；S2、在所述GaAs基PHEMT上制備源極、漏極和柵極金屬電極；S3、在所述GaAs基PHEMT的柵極金屬電極上，形成特異性識別Hg²⁺的生物分子層，其能夠根據Hg²⁺的含量而使其電荷分布發生變化，從而影響GaAs基PHEMT的柵極電荷，使得GaAs基PHEMT的源漏電流發生變化。

根據本發明的一種具體實施方式，所述柵極金屬電極由Au構成。

根據本發明的一種具體實施方式，所述步驟S3為：將一端巰基修飾的只含有T堿基的DNA單鏈固定在所述柵極金屬電極表面，并通過使用巰基乙醇阻塞未能與DNA單鏈結合的Au位點。

根據本發明的一種具體實施方式，在所述步驟S3為：將一端巰基修飾、另一端羧基二茂鐵修飾的由胸腺嘧啶(T)構成的DNA單鏈固定到所述柵極金屬電極上。

(三)有益效果