[發(fā)明專利]一種DNA生物傳感器及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911353846.2
• 申請(qǐng)日: 2019-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111122679B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李杜娟;陳慧旖;劉超然;楊勛;樊凱;王高峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/414
• 分類號(hào): G01N27/414;G01N27/38;G01N27/30
• 代理公司: 浙江千克知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發(fā)明公開(kāi)了一種DNA生物傳感器及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明通過(guò)將圓片級(jí)可控納米線陣列場(chǎng)效應(yīng)管硅烷化，以化學(xué)鍵的形式將末端帶有羧基修飾的DNA修飾在硅納米線的表面，構(gòu)建出一種基于圓片級(jí)可控納米線陣列的DNA生物傳感器，利用納米線陣列上的DNA探針與不同濃度的目標(biāo)檢測(cè)DNA孵化，產(chǎn)生柵壓電場(chǎng)，來(lái)調(diào)控源漏極之間的電流，并通過(guò)這種電流變化，來(lái)迅速定量檢測(cè)特定DNA。該方法操作簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)，具有很好的生物相容性，應(yīng)用廣泛，且靈敏度高，檢測(cè)限可以達(dá)到0.1fM，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種DNA生物傳感器及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

自二十世紀(jì)八十年代，納米科學(xué)技術(shù)誕生并高速發(fā)展成為一種新型的交叉性技術(shù)。其主要在0.1nm-100nm的納米尺度空間內(nèi)研究電子、原子和其他類型物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律、相互作用及特性。并且允許在該尺度范圍內(nèi)對(duì)原子、分子等進(jìn)行控制和加工。由于納米材料尺寸小，表現(xiàn)出許多特殊物理特性，如宏觀量子隧道、量子尺寸效應(yīng)、庫(kù)倫阻塞效應(yīng)等，在之后發(fā)展的20年里，納米技術(shù)不斷地應(yīng)用于物理、化學(xué)、材料、制造、信息等多種學(xué)科中。

而納米線作為一種重要的納米材料，擁有極好的電學(xué)、機(jī)械性質(zhì)，較大的比表面積、較好的生物相容性和表面可修飾性，而被廣泛的應(yīng)用于傳感器的設(shè)計(jì)制備中。尤其當(dāng)納米線被修飾上金屬粒子時(shí)，信號(hào)可以得到很大程度的提高，其增強(qiáng)因子可以達(dá)到10⁷至10⁹。因此這種材料可以用以制備超敏感生物傳感器，以檢測(cè)小分子生物(如DNA、蛋白質(zhì)、細(xì)菌等)。另一方面，這種傳感技術(shù)需要與光學(xué)儀器集成，將某種生化現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為可讀信號(hào)，這也使得傳感檢測(cè)成本提高，因而滿足低成本的需求和高效的信號(hào)轉(zhuǎn)化成了傳感器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。而場(chǎng)效應(yīng)晶體管可以有效地將表面分子的相互作用轉(zhuǎn)化成可讀信號(hào)，并能實(shí)現(xiàn)高選擇、高靈敏度、實(shí)時(shí)響應(yīng)的檢測(cè)。

癌癥作為嚴(yán)重危害人類健康的重大疾病之一，有效提高早期診斷和術(shù)后治療是降低死亡率，改善患者生活質(zhì)量的關(guān)鍵。通常，一些特定的DNA序列則可被作為癌癥標(biāo)志物。目前已經(jīng)提出了多種對(duì)特定核苷酸序列檢測(cè)的分析策略，包括熒光法、聚合酶鏈反應(yīng)法、表面增強(qiáng)拉曼散射法。但是這些方法過(guò)于復(fù)雜、耗時(shí)、成本較高，并且靈敏度不高。

因此，基于現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明開(kāi)發(fā)了一種DNA生物傳感器及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明的DNA生物傳感器基于圓片級(jí)可控納米線陣列制備而成，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)特定的DNA序列的高靈敏度、高特異性、實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，為其在相關(guān)癌癥的醫(yī)療臨床診斷和術(shù)后治療中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種DNA生物傳感器及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明通過(guò)將圓片級(jí)可控納米線陣列場(chǎng)效應(yīng)管硅烷化，再將末端帶有羧基修飾的DNA以化學(xué)鍵的形式修飾在硅納米線的表面，構(gòu)建而成一種基于圓片級(jí)可控納米線陣列的DNA生物傳感器，并利用生物柵壓調(diào)控效應(yīng)來(lái)改變?cè)绰O電流，以快速檢測(cè)DNA。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

一種DNA生物傳感器的制備方法，包括如下步驟：

S1：合成末端帶有羧基的單鏈探針DNA，所述的單鏈探針DNA與目標(biāo)檢測(cè)DNA鏈實(shí)現(xiàn)堿基互補(bǔ)配對(duì)；

S2：依次利用丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水超聲清洗圓片級(jí)可控納米線陣列場(chǎng)效應(yīng)晶體管，然后用惰性氣體吹干；

S3：在圓片級(jí)可控納米線陣列場(chǎng)效應(yīng)晶體管的集成芯片傳感部位滴加氟化氫(HF)溶液，腐蝕處理，以除去納米線表面的氧化膜，再用乙醇、去離子水依次沖洗處理；

S4：將S3處理后的圓片級(jí)可控納米線陣列場(chǎng)效應(yīng)晶體管浸泡在硅烷偶聯(lián)劑3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)的乙醇溶液中過(guò)夜；

S5：在單鏈探針DNA中添加羧基活化試劑N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽(EDC)活化處理；