提高基于适配体的场效应晶体管生物传感器性能的方法技术

本发明专利技术提供一种提高适配体场效应晶体管生物传感器性能的方法，包括：获取基于适配体的场效应晶体管生物传感器的转移特性曲线，获取其亚阈值区间；获取场效应晶体管生物传感器修饰的适配体在溶液环境中所带电荷极性；结合亚阈值区间以及适配体的电荷极性，得到一个与适配体电荷极性相反的第一电压区间，且第一电压区间位于亚阈值区间范围内；将场效应晶体管生物传感器的液栅栅压偏置在第一电压区间内，检测溶液内的待测对象。通过本发明专利技术的方法，可得到一个合适的电压范围，当传感器的液栅偏置在该电压范围内时，场效应晶体管生物传感器上面所修饰的适配体将会垂直于沟道表面，因此适配体的体积得以增加，进而能够提高适配体和待测物的结合效率，最终使得传感器具备更低的检测下限和更高的检测灵敏度，提升传感器的检测性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
提高基于适配体的场效应晶体管生物传感器性能的方法


[0001]本专利技术涉及生物传感器
，尤其是基于适配体的生物传感器，具体而言涉及一种提高基于适配体的场效应晶体管生物传感器性能的方法。

技术介绍

[0002]生物传感器是一种对生物分子敏感并能将其浓度信息转换为电信号的检测器件，作为人类感官的延伸，被应用于医学、航天科学以及日常生活当中，可用来定量或定性的检测一些人们关注的与疾病相关的生物标志物分子，例如蛋白质、抗体、抗原、生物酶、病毒、DNA和RNA等，输出为电信号，通过对电信号的表征和分析，可以帮助人们了解和评估自身的身体状况。
[0003]现有的生物传感器主要包括电化学型生物传感器、光学型生物传感器以及场效应晶体管型生物传感器。电化学型生物传感器以电极作为转换元件和固定载体，将生物敏感物质，如抗原、抗体、酶、激素、病毒等，或者生物本身作为敏感元件固定在电极上，通过生物分子之间的特异性识别作用，将目标分子与其反应的信号转化成电信号，如电容、电流、电位、电导率等，从而实现对目标分析物的定性或定量检测。结合生物反应的特异性和电化学的分析方法，为生物样品的检测提供了强有力的手段。但电化学型生物传感器的响应特性为线性的，不具备电流放大功能，导致传感器的检测下限较高，传感器的检测动态范围和检测响应小，灵敏度低，无法用于检测人体当中含量极低的生物标志物，限制了电化学型生物传感器的应用场景。且电化学型生物传感器为了获得更大的灵敏度，其电极通常比较大，不符合小型化与集成化的发展趋势。而光学型生物传感器不仅不符合未来传感器小型化、集成化的需求，并且其检测下限和灵敏度不理想，制作成本高，检测设备复杂，需要专业的人士进行操作使用，也限制它的发展。
[0004]场效应晶体管型生物传感器相较传统的电化学生物传感器和光学生物传感器来说，由于场效应晶体管的电压放大作用使得传感器对微弱的电压信号变化在输出电流上就能表现出指数级的放大，因此传感器适用于浓度极低的检测环境，同时具备更高的检测灵敏度。由于传感器具备更低的检测下限，因此传感器的动态检测范围也将更大。虽然场效应晶体管型生物传感器相较传统的生物传感器来说具备灵敏度高、检测下限低等优点，但是当用其检测含量更低的DNA、RNA以及病毒等目标分子时，其检测性能仍然有待提高，特别是当目标物分子的浓度达到aM级别时，普通的场效应晶体管型生物传感器就检测不到了。究其原因，主要是由于传感器表面修饰的识别分子等并不是处于理想状态，比如都是垂直于传感器沟道表面的，更多的可能是连接分子或者识别分子是倾斜的固定在沟道表面，甚至倒伏在沟道表面，因此导致传感器识别分子的有效体积小于理论值，从而使得传感器捕获待测物的效率大大减小；此外，由于部分识别分子倒伏在沟道表面，所以处于待测溶液当中的其他带电分子也可以更加接近沟道表面，对传感器沟道电流造成干扰。最终使得场效应晶体管生物传感器的检测下限和检测灵敏度不理想。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种提高基于适配体的场效应晶体管生物传感器性能的方法，通过把传感器的液栅栅压(Vgs)偏置在预设的电压区间内，来提高基于适配体的场效应晶体管生物传感器的检测响应。
[0006]根据本专利技术目的的第一方面，提出一种提高基于适配体的场效应晶体管生物传感器性能的方法，包括：
[0007]获取基于适配体的场效应晶体管生物传感器的转移特性曲线，获取其亚阈值区间；
[0008]获取场效应晶体管生物传感器修饰的适配体在溶液环境中所带的电荷极性；
[0009]结合所述亚阈值区间以及适配体在溶液环境中所带电荷极性，在亚阈值区间范围内得到一个第一电压区间，所述第一电压区间为极性与适配体在溶液环境中所带电荷极性相反的电压区间；以及将场效应晶体管生物传感器的液栅栅压(Vgs)偏置在所述第一电压区间内，检测溶液内的待测对象。
[0010]其中的一个实施例中，根据场效应晶体管生物传感器修饰的适配体的等电点，确定场效应晶体管生物传感器修饰的适配体在溶液环境中所带电荷极性。
[0011]其中的一个实施例中，所述第一电压区间的范围较之于所述亚阈值区间，具有更窄的电压范围，并且为单一极性。
[0012]根据本专利技术目的的第二方面，提出一种基于适配体的场效应晶体管生物传感器检测目标溶液内的待测物的方法，在检测过程中，将基于适配体的场效应晶体管生物传感器的液栅栅压(Vgs)偏置在预设电压区间内，以获得检测输出；
[0013]其中，所述预设电压区间为一个极性与适配体在所述溶液环境中所带电荷极性相反的电压区间，其中，所述预设电压区间为比基于适配体的场效应晶体管生物传感器的亚阈值区域更窄的电压区间，并且为单一极性。
[0014]其中的一个实施例中，所述预设电压区间被配置为预先确定，预先确定方式如下：
[0015]获取基于适配体的场效应晶体管生物传感器的转移特性曲线，获取其亚阈值区间；
[0016]根据场效应晶体管生物传感器修饰的适配体的等电点，确定场效应晶体管生物传感器修饰的适配体在溶液环境中所带电荷极性；
[0017]结合亚阈值区间以及适配体在溶液环境中所带电荷极性，得到第一电压区间，以该第一电压区间作为预设电压区间，其中，第一电压区间为极性与适配体在溶液环境中所带电荷极性相反的电压区间。
[0018]其中的一个实施例中，前述基于适配体的场效应晶体管生物传感器为用于检测葡萄糖、蛋白质、抗体、抗原、生物酶、病毒、DNA和RNA中的一种的场效应晶体管生物传感器。
[0019]由以上本专利技术提出的提高基于适配体的场效应晶体管生物传感器性能的方法，通过应用一个极性与适配体所带电荷极性相反的液栅栅压来产生电场，从而调整场效应晶体管沟道表面的适配体形状，使得场效应晶体管传感器上的适配体更加垂直于沟道表面，增大适配体的有效体积，提升传感器捕获待测物的效率和能力，使得传感器能够在相同浓度的待测物中捕获更多的待测物，最终提升传感器的检测响应。
[0020]应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这
样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的专利技术主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的专利技术主题的一部分。
[0021]结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本专利技术教导的前述和其他方面、实施例和特征。本专利技术的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本专利技术教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
[0022]附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本专利技术的各个方面的实施例，其中：
[0023]图1是根据本专利技术的实施例的提高基于适配体的场效应晶体管生物传感器性能的方法的示意图；
[0024]图2是根据本专利技术的实施例的亚阈值区间的示意图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高适配体场效应晶体管生物传感器性能的方法，其特征在于，包括：获取基于适配体场效应晶体管生物传感器的转移特性曲线，获取其亚阈值区间；获取场效应晶体管生物传感器修饰的适配体在溶液环境中所带电荷极性；结合所述亚阈值区间以及适配体在溶液环境中所带电荷极性，得到第一电压区间，且该第一电压区间位于亚阈值区间范围内，所述第一电压区间为极性与适配体在溶液环境中所带电荷极性相反的电压区间；以及将场效应晶体管生物传感器的液栅栅压偏置在所述第一电压区间内，检测溶液当中的待测对象。2.根据权利要求1所述的提高适配体场效应晶体管生物传感器性能的方法，其特征在于，所述获取场效应晶体管生物传感器修饰的适配体在溶液环境中所带电荷极性，包括：根据场效应晶体管生物传感器修饰的适配体等电点，确定场效应晶体管生物传感器修饰的适配体在溶液环境中所带电荷极性。3.根据权利要求1所述的提高适配体场效应晶体管生物传感器性能的方法，其特征在于，所述第一电压区间为极性与适配体在溶液环境中所带电荷极性相反的电压区间。4.根据权利要求1所述的提高适配体场效应晶体管生物传感器性能的方法，其特征在于，所述基于适配体的场效应晶体管生物传感器为基于碳纳米管的场效应晶体管生物传感器，其沟道层为碳纳米管沟道层。5.根据权利要求1～4中任意一项所述的提高适配体场效应晶体管生物传感器性能的方法，其特征在于，所述基于适配体的场效应晶体管生物传感器的液栅栅压被偏置在第一电压区间时，场效应晶体管生物传感器沟道层表面修饰的适配体的形状垂直于沟道表面。6.一种利用基于适配体的场效应晶体管生物传感器检测待测溶液内的待测对象的方法，其特征在于，在检测过程中，将基于适配体的场效应晶体管生物传感器的液栅栅压偏置在预设第一电...

【专利技术属性】
技术研发人员：何建平，肖梦梦，张志勇，
申请(专利权)人：北京元芯碳基集成电路研究院，
类型：发明
国别省市：