本发明专利技术涉及利用单电子晶体管（Ｓｉｎｇｌｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＳＥＴ）以超高速且实时分析脱氧核糖核酸（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏ－Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ；ＤＮＡ）的碱基序列的系统结构。脱氧核糖核酸是遗传信息的总体，由核苷酸单位体构成。核苷酸共有４种，该核苷酸分别由同一个戊糖（脱氧核糖）、和在磷酸基方面彼此不同的４种碱基（腺嘌呤（Ａｄｅｎｉｎｅ；Ａ）、鸟嘌呤（Ｇｕａｎｉｎｅ；Ｇ）、胞嘧啶（Ｃｙｔｏｓｉｎｅ；Ｃ）、胸腺嘧啶（Ｔｈｙｍｉｎｅ；Ｔ））构成。其中，Ａ、Ｇ是形成为２个环形结构的嘌呤（Ｐｕｒｉｎｅ），Ｃ和Ｔ是形成为１个环形结构的嘧啶（Ｐｙｒｉｍｉｄｉｎｅ）。各个碱基具有彼此不同的原子排列，由此表示它们具有彼此不同的电荷分布。因此，利用由对电荷非常敏感的单电子晶体管、与一个核苷酸有效反应的非常小的尺寸的探针、连接单电子晶体管和探针的延伸栅极（ＥｘｔｅｎｄｅｄＧａｔｅ）构成的系统而能够超高速且实时分析脱氧核糖核酸的碱基序列。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及分析脱氧核糖核酸的碱基序列的方法及系统结构。更具体地，涉及与目前使用的分析方法相比能够超高速且实时分析大量的脱氧核糖核酸碱基序列的分析方法及系统结构。
技术介绍
脱氧核糖核酸是遗传信息的总体，由核苷酸单位体构成。根据记录在脱氧核糖核酸的核苷酸的顺序合成蛋白质，而在具有与原来的碱基序列不同的碱基序列时，将合成不同的蛋白质而导致发生严重的问题。因此，从疾病预防和治疗的角度来说，检查脱氧核糖核酸是否具有正确的核苷酸序列是非常重要且是必须的。核苷酸的种类共有4种，每个核苷酸分别由同一个戊糖(脱氧核糖)、和在磷酸基方面彼此不同的4种碱基(腺嘌呤(Adenine ；Α)、鸟嘌呤(Guanine ；G)、胞嘧啶(Cytosine ； C)、胸腺嘧啶(Thymine ；T))构成。在此，A、G是构成为2个环形结构的嘌呤(Purine)，C和 T是构成为1个环形结构的嘧啶(Pyrimidine)。从马克萨姆-吉尔伯特测序法(Maxam-Gilbert Sequencing)、链终止法(Chain-Termination Methods)等初期的分析法到核酸链延长终止标记物方法 (Dye-Terminator Sequencing)，目前已研发出了多种分析脱氧核糖核酸的碱基序列的方法。但是，这些方法具有如下缺点每单位时间内分析的碱基的数量少，并且在替换放射性同位素或染色素等准备工作中需要花费很长时间。另外，不仅所需费用高，而且在分析结束后还排放出放射性废弃物等环境污染物质。另外，能够进行分析的脱氧核糖核酸的长度受限，同时分析几个脱氧核糖核酸时难度较大。目前，虽然研发出了多种分析脱氧核糖核酸的碱基序列的方法，但是具有这样的问题在每单位时间内分析的碱基的数量少，并且在替换放射性同位素或染色素等准备工作中需要花费很长时间。另外，不仅所需费用高，而且在分析结束后还排放出放射性废弃物等环境污染物质。另外，能够进行分析的脱氧核糖核酸的长度受限，同时分析几个脱氧核糖核酸时难度较大。
技术实现思路
将脱氧核糖核酸的双螺旋分为两股。相对于其中一股，另一股具有互补的序列，因此也可以仅对一股进行碱基序列分析。因此，在形成有可供一个核苷酸通过的大小的孔或沟槽的移动部基板上，使脱氧核糖核酸通过，并将非常小的探针设置在孔或沟槽的中间，以便有效地与最靠近的一个核苷酸反应。利用延伸栅极使上述探针与单电子晶体管的量子点耦合。单电子晶体管的量子点对于周边电荷反应极其敏感。因此，根据碱基的种类而被引导的探针的电荷分布通过延伸栅极而传达到单电子晶体管的量子点，由此使单电子晶体管的传导率发生变化。通过测量这样的单电子晶体管的传导率，能够准确地掌握与探针反应的碱基的种类。另外，本专利技术的目的在于提供这样一种脱氧核糖核酸的碱基序列分析系统结构， 其特征在于，包括移动部，其由移动部基板和探针构成，所述移动部基板上形成有可供脱氧核糖核酸的双螺旋中的一股通过的大小的孔或沟槽，所述探针与最靠近所述孔或所述沟槽的中间的一个核苷酸有效反应；检测部，其由在电气上与电荷反应敏感的单电子晶体管构成；以及延伸栅极，其连接移动部和检测部而使两者耦合。并且，优选地，以相对基板的表面垂直的方向形成有能够供一股脱氧核糖核酸通过的大小的孔。并且，优选地，使用电泳(Electrophoresis)等方法，使脱氧核糖核酸通过孔而从基板的上部移动到下部或者从下部移动到上部。另外，优选地，移动部具有由与最靠近的一个核苷酸有效反应而使电荷分布改变的导电性薄膜构成的探针。另外，优选地，在基板的上层部表面形成可使一股脱氧核糖核酸通过的宽度的沟槽，该沟槽沿着相对基板的表面平行的方向开掘成长条形状an-Plane)，并且使用电泳等方法，使脱氧核糖核酸能够沿着沟槽移动。另外，优选地，在移动部，由与最靠近的一个核苷酸有效反应而使电荷分布改变的导电性薄膜构成的探针位于沟槽的中间。另外，优选地，检测部由单电子晶体管构成，该单电子晶体管由如下部件构成具有从数纳米到数十纳米之间的大小的量子点；向量子点排放电子的源极；从量子点流入电子的漏极；调整量子点的状态的第1栅极；以及使探针和量子点耦合所需的第2栅极。另外，优选地，第2栅极设计成使与量子点之间的电容(Capacitance)最大化，用于将由核苷酸引起的探针的变化有效地传递给单电子晶体管的量子点。另外，本专利技术的另一目的可以通过如下检测部来达到该检测部通过由量子点接点代替单电子晶体管而构成。在检测部的靠近漏极的部位设置放大器，用于提高单电子晶体管或量子点接点的传导率测量速度。并且，优选地，在检测部的单电子晶体管或量子点接点的周边部附着谐振电路 (Resonant Circuit)并施加高频(RF或Microwave)而增大电荷敏感度和分析速度。另外，本专利技术的系统可以是如下结构将检测部、移动部、延伸栅极集成于一个基板上的芯片上(On-Chip)，使信号传送速度最大化。并且，在为了提高检测部的电荷敏感度和动作特性而需要降低检测部的温度时， 可以将检测部和移动部分别形成在单独的基板上。由此，能够选择性地仅对检测部基板降低温度。此时，本专利技术的系统可以是如下结构将考虑到导热率和信号传送特性的金属导线用作延伸栅极而连接检测部的第2栅极和移动部的探针。另外，在移动部中，在供脱氧核糖核酸移动的孔或沟槽的表面形成电介质膜，探针和核苷酸通过电介质膜相互作用。但是，在移动部中，也可以在供脱氧核糖核酸移动的孔或沟槽的表面不形成电介质膜，探针和核苷酸直接相互作用。另外，在本专利技术的系统中，在与移动部基板的表面垂直的孔或与移动部基板的表面构成水平的沟槽的中间以彼此分离的方式设置多个探针，在检测部的基板上设置与探针相同数量的单电子晶体管，从而以成对的方式与探针连接。由此，根据本专利技术的系统可在一次分析执行中对一个脱氧核糖核酸进行多次分析。另外，根据这样的本专利技术的系统结构，由于同时进行分析及验证，因此能够排除分析误差。另外，本专利技术的系统可以是如下结构在一个移动部基板上形成多个孔或沟槽，并且在检测部形成与设置于移动部基板的探针数量相同的单电子晶体管，然后通过延伸栅极连接各个探针和单电子晶体管，从而可同时分析多个脱氧核糖核酸。另外，作为本专利技术的另一课题，本专利技术的另一目的在于提供如下的分析方法使电荷分布根据脱氧核糖核酸的彼此不同的碱基的电荷分布差异而产生变化的探针与对电荷反应敏感的元件(例如单电子晶体管或量子点接点等)耦合而检测该元件的传导率变化， 从而掌握碱基的种类。通过使用根据本专利技术的脱氧核糖核酸的分析方法及系统，除了将脱氧核糖核酸的双螺旋分为两股的工序以外，不需要另外的准备步骤，因此可实现分析作业的简化。不排放放射性同位素或染料等物质，并且在不受长度限制的基础上能够同时进行多个脱氧核糖核酸的超高速、实时、自动的分析。另外，在进行分析的同时还能够进行验证，从而能够防止分析误差。附图说明图1是概略地表示以往的单电子晶体管的结构的结构图。图2是表示以往的单电子晶体管的电路图。图3是表示作为本专利技术的第1实施例的、脱氧核糖核酸通过在基板上垂直地形成有孔的垂直型移动部而移动的状态的立体图。图4是表示以上下方向截断图3所示的基板的孔之后的剖面的剖面图。图5是表示作为本专利技术的第2实施例的、脱氧核糖核酸通过在本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种脱氧核糖核酸的碱基序列分析系统，其特征在于，包括：移动部，其由基板和探针构成，所述基板上形成有可供预定的脱氧核糖核酸的双螺旋中的一股通过的大小的孔或沟槽，所述探针与最靠近所述孔或所述沟槽的中间的核苷酸产生反应；检测部，其由单电子晶体管构成，所述单电子晶体管可根据所述探针的电荷分布而测量传导率变化，所述探针的电荷分布随着与所述核苷酸发生电反应而改变；以及延伸栅极，其连接所述移动部和所述检测部而使两者耦合。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔重范，
申请(专利权)人：忠北大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：KR
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