[發明專利]一種聯合透析裝置和硅納米線場效應管的生物傳感器

有效

• 申請號: 201810818405.4
• 申請日: 2018-07-24
• 公開（公告）號: CN108957007B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 王彤;張燁;陳航;李增耀
• 申請（專利權）人: 無錫市人民醫院
• 主分類號: G01N33/68
• 分類號: G01N33/68;G01N33/574
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 聶啟新

1.一種聯合透析裝置和硅納米線場效應管的生物傳感器，其特征在于，所述傳感器包括透析裝置(20)、硅納米線場效應管(22)和信號輸出電腦(24)，所述透析裝置(20)通過細硅膠軟管(11)與硅納米線場效應管(22)連通；所述硅納米線場效應管(22)通過探針(23)將信號傳輸到信號輸出電腦(24)；

所述透析裝置(20)由置于去離子水(12)中的三合一透析管(13)組成；

所述生物傳感器的制備方法，包括如下步驟：

(一)制作硅納米線集成電路芯片；

(二)對硅納米線表面進行修飾；

(三)制作PDMS微流管；

(四)制作透析裝置；

(五)合成一體化的生物傳感器。

2.根據權利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述硅納米線場效應管(22)包括硅納米線集成電路芯片和PMDS微流管(10)；所述硅納米線集成電路芯片包括背柵極(7)及平鋪于背柵極(7)上方的絕緣硅片襯底(6)，所述絕緣硅片襯底(6)上設置有三個平行電極，分別為源極(1)、頂層柵極(2)和漏極(3)，所述源極(1)與漏極(3)在同一水平面，通過硅納米線(5)相連；

所述絕緣硅片襯底(6)上以硅納米線(5)為中心，兩端分別連接源極(1)與漏極(3)形成一個電回流通路，硅納米線(5)的上方隔一層氧化層(4)鍍有頂層柵極(2)；

所述源極(1)、表面柵極(2)、漏極(3)外部均包裹鈍化層(8)，僅裸露各電極、柵極與探針接觸的端部及部分硅納米線(5)；裸露部分硅納米線形成硅納米線開窗口(9)；

所述PDMS微流管(10)是覆蓋于硅納米線集成電路芯片上方的長方體，底面有120um深的溝道，在溝道兩端打孔貫穿至上表面后，再在等離子體清洗機中將底面打上一層羥基，之后與修飾好抗體的硅納米線集成電路芯片進行可逆性封接，從而形成一個包含納米線在內的PDMS微流管。

3.根據權利要求1所述傳感器，其特征在于，所述制備方法的步驟(一)包括如下工序：

A、表層硅減薄：6寸SOI片包括表面的195nm厚的硅層、硅層下120nm厚的氧化硅層和600um厚的絕緣襯底層，首先清洗SOI硅片，在氧化爐中通過干氧—濕氧—干氧900-1100℃高溫氧化7-10個小時將部分表層硅進行氧化；再用BOE漂洗去掉形成的氧化硅層，形成表層硅只有30nm的SOI片；

B、硅納米線的制備：在SOI片的表面硅層勻一層AR80膠后，通過NSR 2205i12D光刻機曝光顯影得到納米線圖形，用顯影液洗掉圖形外的膠后，利用RIE刻蝕機刻出硅納米線(5)，刻蝕掉非硅納米線區域的Si和SiO2，暴露出絕緣硅片襯底層(6)；

C、氧化層的構建：清洗SOI片上殘留膠后，勻AZ5214膠，然后通過MA6紫外光刻機套刻方法在部分納米線上形成氧化層圖形，用顯影液洗掉圖形內的膠，然后利用ICPCVD方法在納米線部分區域生長30-50nm厚的SiO2，形成氧化層(4)；

D、源極、漏極、雙柵極圖形的制備：清洗SOI片上殘留膠后，勻AZ5214膠，利用MA6紫外光刻機套刻方法在特定位置制備源極、漏極、頂層柵極的圖形，用顯影液洗掉圖形內的光刻膠后，利用磁控濺射FHR在SOI片表面依次沉積Ti/Au/Ti三層金屬，厚度分別為5nm/10-100nm/5nm，最后剝離掉殘余的膠及膠上的金屬層后即可得到源極(1)、漏極(3)和頂層柵極(2)，再將SOI硅片反過來在背面利用磁控濺射FHR鍍上背柵極(7)；

E、退火：將SOI片放置到快速退火爐進行退火，在退火爐充入氮氣后，迅速升溫至200℃維持30秒，然后升至330℃維持10秒，降溫至常溫，退火能構建SOI片上各電極金屬層之間和源、漏極與硅納米線之間良好的歐姆接觸；

F、沉積鈍化層：在SOI片表面勻一層AZ5214膠，利用MA6紫外光刻機套刻方法制備鈍化層圖形，用顯影液洗掉圖形外的膠，利用ICPCVD方法在SOI片表面沉積SiO2/SiNx形成鈍化層(8)，厚度為100nm/160nm，然后利用丙酮超聲剝離掉殘留的光刻膠及膠上的鈍化層，鈍化層覆蓋了除SOI片表面源極、漏極和頂層柵極與探針接觸的端部和納米線開窗口(9)外的全部SOI片表面；

所述制備方法的步驟(二)包括如下具體內容：

A、Linker鏈的構建：將硅納米線集成電路芯片表面清潔后，用等離子清洗機處理5min從而在SOI片表面形成一層羥基鏈，

隨后放入10％APTES無水乙醇溶液中反應45min，然后用無水乙醇清潔掉殘留的APTES，氮氣吹干后于120℃加熱1h，再放入2.5％戊二醛去離子水溶液中反應1小時，隨后用去離子水清洗掉殘留的戊二醛，氮氣吹干；

B、將所要檢測的腫瘤標志物的相應的抗體稀釋至100ug/ml后，滴在納米線開窗口(9)，抗體結合過程至少4小時，依次用PBS溶液和去離子水漂洗去除殘留的蛋白；

所述制備方法的步驟(三)包括如下具體內容：

A、將PDMS預聚物和其激發劑按10:1的質量比充分混勻后澆鑄在模具上，然后放置在低氣壓罐中抽凈PDMS中的氣泡，放置在75℃烘箱中40分鐘即可成型，再用細針打孔；

B、對清潔的PDMS進行氧等離子體處理5min，立即與硅納米集成電路芯片進行可逆性封接；

所述制備方法的步驟(四)包括如下具體內容：

將透析膜做成一個三合一透析管(13)接入硅膠細軟管(11)中，然后將三合一透析管放置在一個裝有大量流動去離子水的容器中，形成可以達到去鹽效果的透析裝置(20)；

所述制備方法的步驟(五)包括如下具體內容：

用硅膠細軟管(11)依次連接透析裝置(20)、蠕動泵(19)、硅納米線場效應管(22)，形成一個檢測通路；探針(23)連接硅納米線集成電路芯片的四個電極，將生物信號投射到電腦上轉換為電信號。