[發(fā)明專利]一種用于病毒檢測的半導體傳感器及其制備方法與應用

有效

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• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN111965231B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設計）人: 劉歡;陳建軍;李華曜;胡志響;趙雨農(nóng);李龍;蘇虎音;劉競堯;龍文博
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學;華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬協(xié)和醫(yī)院
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327;G01N27/48;G01N27/27;G01N33/569;G01N33/68
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒;李智

本發(fā)明屬于生化傳感技術領域，公開了一種用于病毒檢測的半導體傳感器及其制備方法與應用，其中制備方法包括以下步驟：(1)準備氧化物或硫族化合物膠體半導體納米材料；(2)在膠體半導體納米材料表面包被病毒特異性抗原或抗體，得到敏感材料；(3)基于所述敏感材料，采用化學修飾電極或場效應晶體管等器件結(jié)構(gòu)制備病毒檢測傳感器。本發(fā)明通過在膠體半導體納米材料表面引入病毒特異性抗原或抗體，將病毒抗原抗體之間的特異性結(jié)合反應引起的電荷轉(zhuǎn)移通過半導體敏感效應轉(zhuǎn)換為傳感器電信號輸出，提高病毒檢測技術的實時性與便捷性。

技術領域

本發(fā)明屬于生化傳感技術領域，更具體地，涉及一種用于病毒檢測的半導體傳感器及其制備方法與應用。

背景技術

快速、準確、易于普及的病毒檢測技術對于實現(xiàn)病毒感染人群的早發(fā)現(xiàn)、早隔離、早診斷、早治療具有重要意義。以SARS-CoV-2新型冠狀病毒為例，因其傳染性強，引起大規(guī)模人群感染事件。目前，新型冠狀病毒檢測方法主要分為針對病毒核酸的直接檢測方法與針對人體血清抗體的間接檢測方法。核酸檢測作為病毒感染確診標準方法之一，主要通過鼻咽或口咽拭子方法取得患者上呼吸道分泌物樣本，利用實時熒光定量PCR(聚合酶鏈式反應)技術實現(xiàn)對樣本中的病毒核糖核酸(RNA)的檢測。核酸檢測操作復雜，檢測時間長，對采樣和檢測人員技能以及實驗室生物安全資質(zhì)有特殊要求。

與核酸檢測相比，基于病毒抗原抗體特異性結(jié)合反應的病毒檢測技術更加快速、便捷，適用于多種樣本，如血清、唾液等，可降低對檢測人員和實驗室的要求，顯著提高檢測效率。，以新冠病毒抗體檢測為例，目前應用最為廣泛現(xiàn)場檢測手段是膠體金免疫層析試劑盒，主要針對血清和尿液樣本中的IgM(免疫球蛋白M)和IgG(免疫球蛋白G)抗體以及在呼吸道唾液粘膜分泌物中的IgA(免疫球蛋白A)抗體檢測。中國發(fā)明專利申請公開了基于尿液檢測的新冠病毒抗體(IgG/IgM)膠體金免疫層析快速檢測試紙條。在檢測試紙上直接滴加2滴待測尿液，15分鐘內(nèi)通過肉眼即可判定結(jié)果。

目前膠體金抗體檢測技術主要利用膠體金顯色并通過肉眼判斷結(jié)果，不具有定量檢測的能力，容易漏診或誤判。

利用半導體傳感器檢測各種化學、生物分子的技術具有高靈敏、低成本、方便、快捷的優(yōu)點，可以提高檢測的實時性與便捷性。同時電學信號可采用數(shù)值顯示，具有定量檢測的功能。中國發(fā)明專利CN103675034A公開了一種以量子點作為氣體敏感材料的半導體電阻式氣體傳感器及其制備方法，通過亞硝酸鈉短鏈配體置換量子點表面長鏈有機配體，實現(xiàn)對低濃度NO₂氣體分子的室溫高靈敏檢測。膠體量子點表面的短鏈配體對氣體分子無特異性，不參與氣體分子與量子點的反應，其作用主要是減少表面長鏈有機配體，暴露出更多氣體分子吸附活性位點，同時縮短量子點間距提高載流子輸運特性，傳感器性能取決于氣體分子直接在量子點表面原子發(fā)生吸附反應而引起傳感器電阻值變化。

上述膠體半導體納米材料及其傳感器主要用于氣體小分子的檢測，而目前用于生物大分子檢測的膠體半導體納米材料主要基于膠體量子點的熒光特性。膠體半導體納米材料表面具有豐富的活性位點，物化特性易受到其表面原子組成和化學反應的影響，結(jié)合病毒特異性抗原或抗體的修飾，在病毒檢測中具有潛在優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有的病毒檢測方法存在的檢測時間長、便捷性不高、難以普及的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于病毒檢測的半導體傳感器及其制備方法與應用，通過在膠體半導體納米材料表面引入病毒特異性抗原或抗體，設計制備出基于電化學電極、場效應晶體管等結(jié)構(gòu)的病毒檢測傳感器，將病毒抗原抗體之間的結(jié)合反應引起的電荷轉(zhuǎn)移通過半導體敏感效應轉(zhuǎn)換為傳感器電信號輸出，可同時現(xiàn)場檢測抗原與抗體，提高病毒檢測的實時性與便捷性，尤其適于無臨床癥狀病毒感染者的現(xiàn)場快速篩查與大規(guī)模人群動態(tài)監(jiān)測。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于病毒檢測的半導體傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)準備膠體半導體納米材料；