一种高分辨率的生物传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种高分辨率的生物传感器，包括具有原子尺度的导电材料作为敏感单元而达到原子级的检测分辨率和微纳米流体器件而控制被检测分子的运动与形态结构。第二电泳电极或微泵、第二储藏室、第二微纳米分离通道、基板、第一绝缘层、敏感功能层、第二绝缘层、第一微纳米分离通道、第一储藏室、第一电泳电极或微泵顺次放置，敏感功能层的中心设有纳米孔，第一绝缘层的中心设有第一绝缘层开孔，第二绝缘层的中心设有第二绝缘层开孔，基板的中心设有基板开口，在敏感功能层上设有测量电信号的电接触层。本发明专利技术的原子层厚度的敏感功能层使传感器的分辨率达到原子尺度，与微纳米流体器件集成可以控制DNA或RNA的运动及其结构形态，这样可以得到稳定的信号检测。

【技术实现步骤摘要】
一种高分辨率的生物传感器
本专利技术涉及传感器，尤其涉及一种高分辨率的生物传感器。
技术介绍
基因电子测序具有准确度高、成本低和速度快等优点，纳米孔(nanopore)是目前研究最多的一种单分子基因电子测序的技术。纳米孔有望能够在单分子分辨水平探测及表征生物分子如DNA,RNA及聚肽，潜在的基于纳米孔的单分子基因测序技术不需要荧光标记物，不需要PCR反应，有望能直接并快速“读”出DNA或RNA的碱基序列；该测序技术有望大大降低测序成本，实现个性化医疗。然而纳米孔技术还面临许多挑战：比如目前的技术很难制备孔径小于2nm的孔，如何降低DNA穿越纳米孔的速度？如何控制DNA穿越纳米孔时的结构形态？如何将原子尺寸的电极集成于纳米孔而达到单碱基的分辨率？为了解决所面临的技术难题，本专利申请人的专利技术专利（公开号：JP2011-45944；申请号：201110097791.0）提出了采用具有原子层厚度的石墨烯等导电层状材料而达到单个碱基的分辨率，并采用微纳米流体器件的结构而控制DNA分子的运动；然而，这些器件的结构比较复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种结构非常简单的高分辨率的生物传感器。为此，本专利技术采用以下技术方案：一种高分辨率的生物传感器，其特征在于包括能够检测被分析分子的电敏感功能单元和能够控制被分析分子运动的微纳米流体器件。在采用上述技术方案的基础上，本专利技术还可采用以下进一步的技术方案：所述的微纳米流体器件包括第一微纳米分离通道、第二微纳米分离通道、第一储藏室、第二储藏室、第一电泳电极或微泵、第二电泳电极或微泵；所述的第二电泳电极或微泵、第二储藏室、第二微纳米分离通道、第一绝缘层、敏感功能层、第二绝缘层、第一微纳米分离通道、第一储藏室、第一电泳电极或微泵顺次放置；敏感功能单元集成于微纳米流体器件的第一微纳米分离通道与第二微纳米分离通道之间。在器件结构上，集成意味着将电敏感功能单元设置于微纳米流体器件中，在功能上，集成体现为具有不同的且互相不能取代的功能的电敏感功能单元和微纳米流体器件能够使所述的生物传感器能够达到高分辨地分析相关分子的目的；通过集成，当被分析的分子在微纳米流体通道中可控运动时，设置于微纳米流体器件中的电敏感功能单元能够精确检测被分析的分子在微纳米流体通道中的电学性能。所述的电敏感功能单元包括第一绝缘层、敏感功能层、第二绝缘层，敏感功能层设于第一绝缘层和第二绝缘层之间，敏感功能层设有纳米孔，第一绝缘层设有第一绝缘层开孔，第二绝缘层设有第二绝缘层开孔；所述的微纳米流体器件包括第一微纳米分离通道、第二微纳米分离通道、第一储藏室、第二储藏室、第一电泳电极或微泵、第二电泳电极或微泵。所述的第二电泳电极或微泵、第二储藏室、第二微纳米分离通道、第一绝缘层、敏感功能层、第二绝缘层、第一微纳米分离通道、第一储藏室、第一电泳电极或微泵顺次放置；所述的第二微纳米分离通道、第一绝缘层开孔、敏感功能层的纳米孔、第一微纳米分离通道、以及第二绝缘层开孔的中心处于同一中心轴线上。所述的电敏感功能单元包括第一绝缘层、敏感功能层、第二绝缘层，敏感功能层设于第一绝缘层和第二绝缘层之间；所述的微纳米流体器件包括第一微纳米分离通道、第二微纳米分离通道、第一储藏室、第二储藏室、第一电泳电极和第二电泳电极；所述生物传感器包括基板，基板的中心设有基板开口；第二电泳电极或微泵、第二储藏室、第二微纳米分离通道、基板、第一绝缘层、敏感功能层、第二绝缘层、第一微纳米分离通道、第一储藏室、第一电泳电极或微泵顺次放置；第二绝缘层的中心设有第二绝缘层开孔，敏感功能层的中心设有纳米孔，第一绝缘层的中心设有第一绝缘层开孔；第二微纳米分离通道、基板开口、第一绝缘层开孔、敏感功能层的纳米孔、第一微纳米分离通道、以及第二绝缘层开孔的中心处于同一中心轴线上。所述的敏感功能层设有与其相连接的电接触层。所述的敏感功能层的材料为层状导电材料，所述的敏感功能层的厚度为0.2～30nm，较优为0.2～10nm，最优为0.2～1nm。所述的敏感功能层的材料为石墨烯薄膜，所述的石墨烯薄膜的层数为1-100层，较优为1～30nm，最优为1～3层。所述的敏感功能层的纳米孔为圆孔、椭圆形或多边形，纳米孔的孔径为1～100nm，最优为1～20nm。所述的第一绝缘层开孔、第二绝缘层开孔、以及第一微纳米分离通道和第二微纳米分离通道的横截面形状是圆形、椭圆形或多边形，孔径为1～30mm，较优为1～10mm，最优为1～20nm。本专利技术的敏感功能层可以达到检测单链DNA或RNA中的单个碱基的分辨率要求；本专利技术的微纳米流体器件，能够控制DNA或RNA穿越纳米孔时的速度，控制碱基与敏感功能层发生相互作用，这样可以达到精确检测碱基的电学性能，从而达到基因测序的目的。将电敏感功能单元集成于微纳米流体器件将具有纳米孔的敏感，其制备方法简单，从而适于低成本、快速基因电子测序。敏感功能层夹嵌于两绝缘层之间，可以避免污染及不必要的环境影响，这样的敏感功能层结构牢固，从而获得稳定的信号检测，达到单碱基的分辨率。纳米孔周边为整片的敏感功能层的形状解决了DNA或RNA碱基穿越纳米孔时由于碱基可能存在的不同取向而导致对碱基与敏感功能层的相互作用的影响。附图说明图1为本专利技术的高分辨率生物传感器的结构示意图；图2为本专利技术的高分辨率生物传感器制备流程示意图；采用由化学气相沉积法合成的石墨烯薄膜作为敏感功能层；图3为本专利技术的石墨烯纳米孔的透射电子显微镜形状图；图4为本专利技术的高分辨率生物传感器制备流程示意图；采用由机械剥离得到的MoS2薄膜作为敏感功能层；图5为本专利技术的高分辨率生物传感器制备流程示意图；采用由SiC热分解得到的石墨烯薄膜作为敏感功能层。具体实施方式如图1所示，本专利技术包括检测被分析分子的电敏感功能单元和控制被分析分子运动的微纳米流体器件。所述的电敏感功能单元包括第一绝缘层2、敏感功能层3、第二绝缘层4。敏感功能层3设于第一绝缘层2和第二绝缘层4之间。所述的微纳米流体器件包括第一微纳米分离通道7、第二微纳米分离通道8、第一储藏室10、第二储藏室11、第一电泳电极或微泵12、第二电泳电极或微泵13。所述生物传感器包括基板1，基板1的中心设有基板开口15；第二电泳电极或微泵13、第二储藏室11、第二微纳米分离通道8、基板1、第一绝缘层2、敏感功能层3、第二绝缘层4、第一微纳米分离通道7、第一储藏室10、第一电泳电极或微泵12顺次放置；第二绝缘层4的中心设有第二绝缘层开孔17，敏感功能层3的中心设有纳米孔5，第一绝缘层2的中心设有第一绝缘层开孔16。所述的敏感功能层3上与之相连的电接触层9。所述的第二微纳米分离通道8、基板开口15、敏感功能层的纳米孔5、第一绝缘层开孔16、第二绝缘层开孔17、以及第一微纳米分离通道7的中心处于同一中心轴线上，第一微纳米分离通道7、第二微纳米分离通道8、纳米孔5、基板开口15、第一绝缘层开孔16、第二绝缘层开孔17的形状是圆形、多边形、椭圆或正方形。作为优选，所述的敏感功能层的纳米孔为圆孔，敏感功能层的纳米孔的孔径为1～100nm,最优纳米孔的孔径为1～20nm。纳米孔为圆孔可以更好的保证传感器各向同性。作为另外的方案，敏感功能层的纳米孔也可以为多变形孔或椭本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高分辨率的生物传感器，其特征在于包括检测被分析分子的电敏感功能单元和控制被分析分子运动的微纳米流体器件。

【技术特征摘要】
1.一种高分辨率的生物传感器，其特征在于包括检测被分析分子的电敏感功能单元和控制被分析分子运动的微纳米流体器件；所述的电敏感功能单元包括第一绝缘层(2)、敏感功能层(3)、第二绝缘层(4)，敏感功能层（3）设于第一绝缘层(2)和第二绝缘层(4)之间，敏感功能层设有纳米孔(5)，第一绝缘层设有第一绝缘层开孔(16)，第二绝缘层设有第二绝缘层开孔(17)；所述的微纳米流体器件包括第一微纳米分离通道(7)、第二微纳米分离通道(8)、第一储藏室(10)、第二储藏室(11)、第一电泳电极或微泵(12)、第二电泳电极或微泵(13)；所述的敏感功能层（3）的材料为层状导电材料，所述的敏感功能层的厚度为0.2～30nm；所述的敏感功能层(3)设有与其相连接的电接触层(9)。2.根据权利要求1所述的一种高分辨率的生物传感器，其特征在于所述的敏感功能层的厚度为0.2～10nm。3.根据权利要求1所述的一种高分辨率的生物传感器，其特征在于所述的敏感功能层的厚度为0.2～1nm。4.根据权利要求1所述的一种高分辨率的生物传感器，其特征在于所述的第二电泳电极或微泵(13)、第二储藏室(11)、第二微纳米分离通道(8)、第一绝缘层(2)、敏感功能层(3)、第二绝缘层(4)、第一微纳米分离通道(7)、第一储藏室(10)、第一电泳电极或微泵(12)顺次放置；电敏感功能单元集成于微纳米流体器件的第一微纳米分离通道与第二微纳米分离通道之间。5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种高分辨率的生物传感器，其特征在于所述的第二微纳米分离通道(8)、第一绝缘层开孔(16)、敏感功能层的纳米孔(5)、第一微纳米分离通道（7）、以及第二绝缘层开孔(17)的中心处于同一中心轴线上。6.根据权利要求1、2、3或4所述的一种高分辨率的生物传感器，其特征在于所述的敏感功能层（3）的材料为石墨烯薄膜，所述的石墨烯薄膜的层数为1-100层。7.根据权利要求6所述的一种高分辨率的生物传感器，其特征在于所述的石墨烯薄膜的厚度为1～30nm。8.根据权利要求6所述的一种高分辨率的生物传感器，其特征在于所述的石墨烯薄膜的层数为1～3层。9.根据权利要求5所述的一种高分辨率的生物传感器，其特征在于所述的敏感功能层（3）的材料为石墨烯薄膜，所述的石墨烯薄膜的层数为1-100层。10.根据权利要求9所述的一种高分辨率的生物传感器，其特征在于所述的石墨烯薄膜的厚度为1～30nm。11.根据权利要求9所述的一种高分辨率的生物传感器，其特征在于所述的石墨烯薄膜的层数为1～3层。12.根据权利要求1、2、3、或4所述的一种高分辨率的生物传感器，其特征在于所述的敏感功能层的纳米孔（5）为圆孔、椭圆形或多边形，纳米孔（5）的孔径为1～100nm。13.根据权利要求12所述的一种高分辨率的生物传感器，其特征在于纳米孔（5）的孔径为1～20nm。14.根据权利要求5所述的一种高分辨率的生物传感器，其特征在于所述的敏感功能层的纳米孔（5）为圆孔、椭圆形或多边形，纳米孔（5）的孔径为1～100nm。15.根据权利要求14所述的一种高分辨率的生物传感器，其特征在于纳米孔（5）的孔径为1～20nm。16.根据权利要求1、2、3或4所述的一种高分辨率的生物传感器，其特征在于所述的第一绝缘层开孔(16)、第二绝缘层开孔(17)、以及第一微纳米分离通道（7）和第二微纳米分离通道（8）的横截面形状是圆形、椭圆形或多边形，孔径为1～30nm。17.根据权利要求16所述的一种高分辨率的生物传...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐明生，陈红征，吴刚，施敏敏，汪茫，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：