蛋白质分子的实时无标记检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种蛋白质分子的实时无标记检测装置及方法，该装置包括放置蛋白质样品的电泳槽、多个双栅极薄膜晶体管组成的检测阵列、读出放大器以及信号处理单元；双栅极薄膜晶体管包括顶部介电层、源极、漏极、半导体沟道层、底部介电层、底栅极以及基板；读出放大器的输入端与双栅极薄膜晶体管的源极连接，读出放大器的输出端与信号处理单元的输入端连接。本发明专利技术引入双栅极薄膜晶体管，通过双栅极薄膜晶体管输出电流的变化实现对蛋白质分子量和等电点的实时无标记检测，检测精度高，应用范围广，对于确定未知蛋白质分子具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及蛋白质检测领域，特别是涉及一种蛋白质分子的实时无标记检测装置及方法。
技术介绍
一个基因表达终极结果是产生相应的蛋白质(或酶)，因此检测蛋白质是测定基因表达的主要标志，检测蛋白质的方法很多，目前较多使用化学发光标记检测方法，该方法通过化学发光标记试剂(主要有辣根过氧化物酶HRP、吖啶酯AE、鲁米诺等)对蛋白质分子进行标记，在化学发光标记成功后对蛋白质分子进行检测。但使用化学发光标记检测方法时检测精度不高，发光标记试剂发光能力较弱时检测不灵敏，而且有时受抗体的限制，采用化学发光标记检测方法检测蛋白质分子的局限性较大，且不利于低浓度的蛋白质样品的检测，因此急需一种具有高精度、应用范围广泛的蛋白质分子无标记检测技术。
技术实现思路
基于此，为解决现有技术中的问题，本专利技术提供一种蛋白质分子的实时无标记检测装置及方法，通过引入双栅极薄膜晶体管实现对蛋白质分子量(m)和等电点(pI)的实时无标记检测，检测精度高，应用范围广。为实现上述目的，本专利技术实施例采用以下技术方案：一种蛋白质分子的实时无标记检测装置，包括：电泳槽、多个双栅极薄膜晶体管组成的检测阵列、读出放大器以及信号处理单元；所述双栅极薄膜晶体管包括顶部介电层、源极、漏极、半导体沟道层、底部介电层、底栅极以及基板；所述底栅极设置在所述基板上；所述底部介电层设置在所述基板上且覆盖所述底栅极；所述半导体沟道层设置在所述底部介电层上；所述源极和所述漏极相互无接触地设置在所述半导体沟道层上；所述顶部介电层设置在所述半导体沟道层与所述电泳槽的底部之间，且覆盖所述源极和所述漏极；所述读出放大器的输入端与所述双栅极薄膜晶体管的源极连接，所述读出放大器的输出端与所述信号处理单元的输入端连接。一种基于上述装置的蛋白质分子的实时无标记检测方法，包括如下步骤：所述电泳槽为SDS凝胶电泳槽，在t0时刻，控制所述双栅极薄膜晶体管的底栅极电压和漏极电压，使所述双栅极薄膜晶体管处于亚阈值状态；所述读出放大器读出各个所述双栅极薄膜晶体管的源极电流并进行放大，所述信号处理单元根据放大后的源极电流进行模数转换，生成第一数据；在t0时刻后的t1时刻，开启施加于所述SDS凝胶电泳槽的横向电场和纵向电场，控制所述双栅极薄膜晶体管的底栅极电压和漏极电压，使所述双栅极薄膜晶体管处于关闭状态；在t1时刻后的t2时刻，控制所述双栅极薄膜晶体管的底栅极电压和漏极电压，使所述双栅极薄膜晶体管处于亚阈值状态；所述读出放大器读出各个所述双栅极薄膜晶体管的源极电流并放大，所述信号处理单元根据放大后的源极电流进行模数转换，生成第二数据；所述信号处理单元将所述第二数据与所述第一数据进行对比分析，确定各蛋白质的分子量。一种基于上述装置的蛋白质分子的实时无标记检测方法，包括如下步骤：所述电泳槽为等电聚焦电泳槽，在t0’时刻，控制所述双栅极薄膜晶体管的底栅极电压和漏极电压，使所述双栅极薄膜晶体管处于亚阈值状态，并向所述等电聚焦电泳槽顶部外加恒定电压；所述读出放大器读出各个所述双栅极薄膜晶体管的源极电流并进行放大，所述信号处理单元根据放大后的源极电流进行模数转换，生成第三数据；在t0’时刻后的t1’时刻，开启施加于所述等电聚焦电泳槽的横向电场，并控制所述双栅极薄膜晶体管的底栅极电压和漏极电压，使所述双栅极薄膜晶体管处于关闭状态；从t1’时刻后的t2’时刻开始，控制所述双栅极薄膜晶体管的底栅极电压和漏极电压，使所述双栅极薄膜晶体管周期性地且交替地处于亚阈值状态和关闭状态；在每一个周期中，当所述双栅极薄膜晶体管处于亚阈值状态时，所述读出放大器读出各个所述双栅极薄膜晶体管的源极电流并进行放大，所述信号处理单元根据放大后的源极电流进行模数转换，生成第四数据，并将当前周期的第四数据与上一周期的第四数据进行对比；当所述信号处理单元判定当前周期的第四数据与上一周期的第四数据相差在第一预设范围内时，控制所述双栅极薄膜晶体管的底栅极电压和漏极电压，使所述双栅极薄膜晶体管处于关闭状态，所述信号处理单元将当前周期的第四数据与所述第三数据进行对比分析，确定各蛋白质分子的等电点。一种基于上述装置的蛋白质分子的实时无标记检测方法，包括如下步骤：所述电泳槽为底部透明的SDS凝胶电泳槽，在T0时刻，控制所述双栅极薄膜晶体管的底栅极电压和漏极电压，使所述双栅极薄膜晶体管处于亚阈值状态，并向所述SDS凝胶电泳槽开启光强恒定的持续紫外光照射；所述读出放大器读出各个所述双栅极薄膜晶体管的源极电流并放大，所述信号处理单元根据放大后的源极电流进行模数转换，生成第五数据；在T0时刻后的T1时刻，开启施加于所述SDS凝胶电泳槽的横向电场，控制所述双栅极薄膜晶体管的底栅极电压和漏极电压，使所述双栅极薄膜晶体管处于关闭状态；在T1时刻后的T2时刻，控制所述双栅极薄膜晶体管的底栅极电压和漏极电压，使所述双栅极薄膜晶体管处于亚阈值状态；所述读出放大器读出各个所述双栅极薄膜晶体管的源极电流并进行放大，所述信号处理单元根据放大后的源极电流进行模数转换，生成第六数据；所述信号处理单元将所述第六数据与所述第五数据进行对比分析，确定各蛋白质的分子量。一种基于上述装置的蛋白质分子的实时无标记检测方法，包括如下步骤：所述电泳槽为底部透明的等电聚焦电泳槽，在T0’时刻，控制所述双栅极薄膜晶体管的底栅极电压和漏极电压，使所述双栅极薄膜晶体管处于亚阈值状态，并向所述等电聚焦电泳槽开启光强恒定的持续紫外光照射；所述读出放大器读出各个所述双栅极薄膜晶体管的源极电流并进行放大，所述信号处理单元根据放大后的源极电流进行模数转换，生成第七数据；在T0’时刻后的T1’时刻，开启施加于所述等电聚焦电泳槽的横向电场，并控制所述双栅极薄膜晶体管的底栅极电压和漏极电压，使所述双栅极薄膜晶体管处于关闭状态；从T1’时刻后的T2’时刻开始，控制所述双栅极薄膜晶体管的底栅极电压和漏极电压，使所述双栅极薄膜晶体管周期性地且交替地处于亚阈值状态和关闭状态；在每一个周期中，当所述双栅极薄膜晶体管处于亚阈值状态时，所述读出放大器读出各个所述双栅极薄膜晶体管的源极电流并进行放大，所述信号处理单元根据放大后的源极电流进行模数转换，生成第八数据，并将当前周期的第八数据与上一周期的第八数据进行对比；当判定当前周期的第八数据与上一周期的第八数据相差在第二预设范围内时，使所述双栅极薄膜晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蛋白质分子的实时无标记检测装置，其特征在于，包括：用于放置蛋白质样品的电泳槽、多个双栅极薄膜晶体管组成的检测阵列、读出放大器以及信号处理单元；所述双栅极薄膜晶体管包括顶部介电层、源极、漏极、半导体沟道层、底部介电层、底栅极以及基板；所述底栅极设置在所述基板上；所述底部介电层设置在所述基板上且覆盖所述底栅极；所述半导体沟道层设置在所述底部介电层上；所述源极和所述漏极相互无接触地设置在所述半导体沟道层上；所述顶部介电层设置在所述半导体沟道层与所述电泳槽的底部之间，且覆盖所述源极和所述漏极；所述读出放大器的输入端与所述双栅极薄膜晶体管的源极连接，所述读出放大器的输出端与所述信号处理单元的输入端连接。

【技术特征摘要】
1.一种蛋白质分子的实时无标记检测装置，其特征在于，包括：用于放置
蛋白质样品的电泳槽、多个双栅极薄膜晶体管组成的检测阵列、读出放大器以
及信号处理单元；
所述双栅极薄膜晶体管包括顶部介电层、源极、漏极、半导体沟道层、底
部介电层、底栅极以及基板；
所述底栅极设置在所述基板上；所述底部介电层设置在所述基板上且覆盖
所述底栅极；所述半导体沟道层设置在所述底部介电层上；所述源极和所述漏
极相互无接触地设置在所述半导体沟道层上；所述顶部介电层设置在所述半导
体沟道层与所述电泳槽的底部之间，且覆盖所述源极和所述漏极；
所述读出放大器的输入端与所述双栅极薄膜晶体管的源极连接，所述读出
放大器的输出端与所述信号处理单元的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的蛋白质分子的实时无标记检测装置，其特征在于，
所述电泳槽为SDS凝胶电泳槽或等电聚焦电泳槽。
3.根据权利要求1所述的蛋白质分子的实时无标记检测装置，其特征在于，
所述基板为玻璃基板。
4.根据权利要求1所述的蛋白质分子的实时无标记检测装置，其特征在于，
所述信号处理单元为FPGA。
5.一种基于权利要求1所述装置的蛋白质分子的实时无标记检测方法，其
特征在于，包括如下步骤：
所述电泳槽为SDS凝胶电泳槽，在t0时刻，控制所述双栅极薄膜晶体管的
底栅极电压和漏极电压，使所述双栅极薄膜晶体管处于亚阈值状态；所述读出
放大器读出各个所述双栅极薄膜晶体管的源极电流并进行放大，所述信号处理
单元根据放大后的源极电流进行模数转换，生成第一数据；
在t0时刻后的t1时刻，开启施加于所述SDS凝胶电泳槽的横向电场和纵向
电场，控制所述双栅极薄膜晶体管的底栅极电压和漏极电压，使所述双栅极薄
膜晶体管处于关闭状态；
在t1时刻后的t2时刻，控制所述双栅极薄膜晶体管的底栅极电压和漏极电
压，使所述双栅极薄膜晶体管处于亚阈值状态；所述读出放大器读出各个所述

\t双栅极薄膜晶体管的源极电流并放大，所述信号处理单元根据放大后的源极电
流进行模数转换，生成第二数据；
所述信号处理单元将所述第二数据与所述第一数据进行对比分析，确定各
蛋白质的分子量。
6.根据权利要求5所述的蛋白质分子的实时无标记检测方法，其特征在于，
确定各蛋白质分子量的过程包括如下步骤：
所述信号处理单元根据所述第一数据和所述第二数据确定各蛋白质分子的
位置；
根据各蛋白质分子的位置计算各蛋白质分子在预设时间内的位移；
根据所述位移计算出各蛋白质分子的迁移速度，并根据蛋白质分子迁移速
度与蛋白质分子量的对应关系确定不同蛋白质的分子量。
7.一种基于权利要求1所述装置的蛋白质分子的实时无标记检测方法，其
特征在于，包括如下步骤：
所述电泳槽为等电聚焦电泳槽，在t0’时刻，控制所述双栅极薄膜晶体管的
底栅极电压和漏极电压，使所述双栅极薄膜晶体管处于亚阈值状态，并向所述
等电聚焦电泳槽顶部外加恒定电压；所述读出放大器读出各个所述双栅极薄膜
晶体管的源极电流并进行放大，所述信号处理单元根据放大后的源极电流进行
模数转换，生成第三数据；
在t0’时刻后的t1’时刻，开启施加于所述等电聚焦电泳槽的横向电场，并控
制所述双栅极薄膜晶体管的底栅极电压和漏极电压，使所述双栅极薄膜晶体管
处于关闭状态；
从t1’时刻后的t2’时刻开始，控制所述双栅极薄膜晶体管的底栅极电压和漏
极电压，使所述双栅极薄膜晶体管周期性地且交替地处于亚阈值状态和关闭状
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，陈艺文，何汉滔，
申请(专利权)人：广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44