專利名稱：所選物質(zhì)的電檢測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及所選物質(zhì)的電檢測，具體而言為生物學(xué)相關(guān)的物質(zhì)的電檢測。更具體地說，本發(fā)明涉及一種包括有機場效應(yīng)晶體管的生物傳感器裝置和該裝置的制作方法。
背景技術(shù)：
快速的同時檢測大量的生物物質(zhì)，例如天然存在的DNA、RNA、蛋白質(zhì)和其它天然存在的分子，以及人造的aptamers，合成的修飾蛋白或毒素，是一個饒有興趣的問題。生物傳感器技術(shù)的進步使得許多潛在的醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用成為可能，例如藥物的研發(fā)，遺傳突變的檢測和基因治療效果的評價或生物毒素的確定。
舉例來說，常規(guī)的用于檢測蛋白質(zhì)、激素和各種病原體的放射性免疫檢測技術(shù)涉及將抗體結(jié)合至固體支持物上以形成微陣列以及將分析物暴露于抗體微陣列以進行檢測。類似的，DNA片段的分析也涉及例如將單鏈的靶DNA片段(代表生物體的基因組)固定于固體支持物的單個孔中以形成微陣列。這樣的DNA微陣列，又稱DNA芯片，提供了一種高敏感的檢測特異性靶DNA片段的手段。通過將靶DNA片段暴露于未知的熒光標(biāo)記的cDNA或mRNA探針來進行微陣列的分析。當(dāng)cDNA或mRNA探針的核酸序列與靶DNA的核酸序列互補時，cDNA或mRNA探針即可與該DNA片段雜交。然后再用激光和敏感的熒光檢測裝置來檢測附于cDNA或mRNA上的熒光標(biāo)記物。
然而，這種DNA微陣列和其它類型的陣列的廣泛應(yīng)用受到許多因素制約。舉例來說，該微陣列和熒光標(biāo)記的cDNA和mRNA探針生產(chǎn)或購買的費用很高。激發(fā)熒光的激光，檢測裝置(例如共聚焦顯微鏡和熒光檢測裝置)的高昂花費也限制了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。另外，該裝置的剪切容積(shear bulk)也限制了DNA微陣列進行分析的位置的物理定位。
電生物傳感器裝置被認為是一種可供選擇的檢測DNA和RNA的方法。對應(yīng)于一種特定的檢測液中的靶分子濃度的電讀數(shù)將使得應(yīng)用于微陣列技術(shù)中所需的裝置的花費和規(guī)模都明顯降低。以往的生物傳感器裝置使用的是包括由有機多聚體制成的半導(dǎo)體膜的電極，該有機多聚體用選定種類的單鏈核酸序列的寡核苷酸探針功能化。替代地，可以先將有機多聚體的單體功能化，而后聚合形成功能化的有機多聚體。在上述每一種情況下，寡聚核苷酸探針作為側(cè)鏈結(jié)合至有機多聚體上。半導(dǎo)體膜即是用這些功能化的有機多聚體制成的。當(dāng)暴露于含有適當(dāng)?shù)幕パa靶核酸序列的溶液中時，探針和靶核酸序列發(fā)生雜交，這導(dǎo)致了半導(dǎo)體膜中功能化的有機多聚體發(fā)生可檢測到的傳導(dǎo)性的改變。
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于檢測多種待測生物物質(zhì)的敏感的電裝置，另一目的是提供制作該裝置的方法。
發(fā)明概述本發(fā)明認識到該電裝置的實際應(yīng)用部分受到敏感性差的制約，敏感性差的原因是由于有機多聚體側(cè)鏈的功能化降低了多聚體的傳導(dǎo)性所致。而且，待測生物分子與在有機多聚體上附著的探針分子的結(jié)合，不足以產(chǎn)生傳導(dǎo)性的足夠變化，因此，無法檢測到少量的待測生物分子。
為了解決這些缺陷，本發(fā)明的一個實施方案提供了一種有機場效應(yīng)晶體管來檢測生物靶分子，該晶體管包括含有機分子的半導(dǎo)體膜。另外，探針分子與半導(dǎo)體膜的外表面偶聯(lián)，膜的內(nèi)部基本上不存在探針分子。
在另一個實施方案中，本發(fā)明還提供了一種用于檢測生物靶分子的有機場效應(yīng)晶體管的制作方法。該方法包括形成晶體管通道，包括在流入電極(source)和流出電極(drain)之間形成含有機分子的半導(dǎo)體膜，該通道的形成還包括將探針分子與半導(dǎo)體膜的外表面進行偶聯(lián)，膜的內(nèi)部基本上不存在探針分子。
本發(fā)明的另一個實施方案提供了一種用于檢測生物靶分子的生物傳感器系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括生物傳感器裝置、樣品和檢測系統(tǒng)。生物傳感器裝置包括一個或多個有機場效應(yīng)晶體管，每一個晶體管都包括晶體管通道。該通道又包括含有機分子的半導(dǎo)體膜，以及偶聯(lián)至半導(dǎo)體膜外表面的探針分子，這樣就使得半導(dǎo)體膜內(nèi)部基本上不存在探針分子。樣品含有可以結(jié)合一個或多個探針分子的靶分子，檢測系統(tǒng)能使得生物傳感器裝置與樣品接觸。
附圖簡述本發(fā)明在閱讀附圖的情況下通過下述詳細的描述可以得到很好的理解，許多特征未按照比例繪制，而為了便于清楚討論故意進行了增大或減小，可結(jié)合下述描述和附圖以便于理解。
附

圖1顯示了本發(fā)明有機場效應(yīng)晶體管的詳細的截面圖。
附圖2A至2F顯示了本發(fā)明有機場效應(yīng)晶體管在不同制作階段的截面圖。
附圖3顯示了本發(fā)明生物傳感器系統(tǒng)的詳細的截面圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明得益于意識到先前的用于檢測生物靶分子的生物傳感器由于探針分子貼附在生物傳感器的半導(dǎo)體膜的有機多聚體的內(nèi)側(cè)鏈上，因而傳導(dǎo)性較差。包含核酸或氨基酸序列的探針分子，例如DNA或蛋白質(zhì)，阻礙了含功能化有機多聚體的規(guī)則半導(dǎo)體膜的形成，由此降低了半導(dǎo)體膜內(nèi)的半導(dǎo)體有機多聚體之間的電荷傳遞效率。另外，本發(fā)明還認識到探針分子，(例如DNA)當(dāng)其結(jié)合在膜整個內(nèi)表面時，具有相當(dāng)大的絕緣性，由此更進一步的降低了膜的傳導(dǎo)性。
本發(fā)明進一步認識到形成具有半導(dǎo)體膜的生物傳感器裝置的優(yōu)點，該半導(dǎo)體膜具有電傳導(dǎo)特性的有機分子，并且探針分子基本上貼附在該膜的外表面。膜內(nèi)部完全或基本上完全沒有探針分子促進了有機分子形成均勻的緊密的晶體或多晶體結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)具有優(yōu)點，因為膜的電荷傳遞的特性有賴于有機分子的有效壓緊，這樣的壓緊使得通常具有一個或多個共軛π鍵，形成了共軛π鍵系統(tǒng)。從一個有機分子到另一個有機分子的電荷傳遞的效率隨著相鄰有機分子的共軛π鍵系統(tǒng)間的距離的減小而增大。
附圖1顯示了用來檢測生物靶分子的有機場效應(yīng)晶體管100的局部示意圖，該晶體管具有晶體管通道110，該通道具有半導(dǎo)體膜115，膜包含有機分子120，晶體管還包括探針分子125，該分子偶聯(lián)在半導(dǎo)體膜115的外表面130，膜內(nèi)部基本上或完全沒有探針分子125。就本發(fā)明目的來說，術(shù)語“基本上沒有探針分子”指膜115內(nèi)部至多具有痕量的探針分子125。舉例來說，有機分子120如果是疏水性的，則親水性的探針分子125(例如某種核酸或氨基酸序列)就會被排除出膜內(nèi)部。在這種情況下，膜115內(nèi)部的痕量的探針分子125的含量小于或等于探針分子125在有機分子120中的溶解度。
在優(yōu)選的實施例中，盡管任何具有有機分子120的半導(dǎo)體材料都包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，但是該有機分子120最好具有共軛π鍵系統(tǒng)。優(yōu)選的，膜115中的有機分子120具有規(guī)則的晶體或多晶體結(jié)構(gòu)，有機分子120可以是任何能形成半導(dǎo)體膜115的含碳化合物，更優(yōu)選的，有機分子120具有高的場效遷移率(即，大于約10-4cm2/Vs)，甚至更優(yōu)選的，有機分子120具有大于約10-2cm2/Vs的場效遷移率，例如由具有共軛π鍵系統(tǒng)的分子提供的，如寡聚噻吩或多聚噻吩。
在某些優(yōu)選的實施例中，有機分子120是寡聚體，由于具有更好的形成規(guī)則的晶體膜的能力，從而使得其內(nèi)部不存在探針分子125，寡聚體比某些取代的多聚體具有優(yōu)勢。就本發(fā)明目的來說，應(yīng)用于半導(dǎo)體膜115的有機分子120的寡聚體是指具有2-100個重復(fù)單位的分子，術(shù)語“多聚體”是指具有超過100個重復(fù)單位的有機分子120。在某些優(yōu)選實施例中，有機分子120可以是具有4-20個重復(fù)單位的寡聚體，甚至更優(yōu)選具有4-10個重復(fù)單位的寡聚體。
舉例來說，寡聚噻吩具有2-100個噻吩單體，而多聚噻吩則具有超過100個的噻吩單體。在優(yōu)選的實施例中，有機分子120可以是六噻吩，優(yōu)選是α-六噻吩，但是其它的半導(dǎo)體有機化合物也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。非限制性實例包括寡聚苯基或多聚苯基化合物，有機分子120還可以是不同的苯型芳香環(huán)結(jié)構(gòu)(例如苯，萘或蒽環(huán))相互偶聯(lián)形成的化合物(例如并五苯)、非苯型芳香環(huán)化合物、雜環(huán)化合物(例如噻吩)。
半導(dǎo)體膜115可以包含單層或多層有機分子，膜的厚度132約20埃或更多。在優(yōu)選的實施方案中，膜115的厚度132約20埃至約100埃。在某些實施方案中，當(dāng)膜115的有機分子120包括六噻吩時，膜厚度132相應(yīng)于1-3分子層的六噻吩。
較薄的膜制成的生物傳感器裝置被認為具有更高的敏感性，所以優(yōu)選較薄的膜115，例如上述范圍的膜厚度132。這是因為流經(jīng)半導(dǎo)體膜115的電流被認為主要流經(jīng)位于絕緣層140(例如閘門絕緣體)和半導(dǎo)體膜115之間的分界面135。探針分子125與分界面135之間的距離越近，晶體管對于與靶分子145結(jié)合至探針分子125相關(guān)的通道傳導(dǎo)性或通道遷移率的改變的敏感性也越高。特別的，由于靶分子145結(jié)合至探針分子125引起了通道傳導(dǎo)性或/和通道遷移率的改變，因此提供了一個檢測靶分子145的方法。
在某些實施方案中，當(dāng)需要超薄的膜115時(例如厚度132小于約30埃)，優(yōu)選半導(dǎo)體膜片115包含單層有機分子120。在某些實施例中，有機分子120優(yōu)選與位于其下的絕緣層140以共價形式結(jié)合，在這些例子中，將有機分子中與偶聯(lián)探針分子一端155相對的那一端150功能化，以促進與絕緣層140發(fā)生共價結(jié)合。例如，如果該絕緣層140為二氧化硅的話，則可以用硅烷部分將有機分子的末端150功能化。
在另一些實施例中，半導(dǎo)體膜115還可以進一步包括與位于膜外表面130的有機分子的末端155偶聯(lián)的連接分子160。貼附在連接分子160上的一個或多個功能基團162和164促進了探針分子125與有機分子120之間的偶聯(lián)，這將在下面進一步討論。偶聯(lián)可以包括在連接分子160與有機分子120或探針分子125之間發(fā)生的共價或非共價的相互作用，連接分子160還可以具有一個或多個間隔基團166，該基團的功能在于當(dāng)探針分子與有機分子偶聯(lián)在一起時，可以將它們分隔。當(dāng)用于促進探針分子125和有機分子120之間偶聯(lián)的功能基團162和164不利地影響了半導(dǎo)體膜115的電特性時，就需要間隔基團166了。而且，將探針分子125與有機分子120分隔并且優(yōu)選在有機分子120沉積前與其貼附的間隔基團166能夠促進均勻有序緊密結(jié)構(gòu)的形成，這樣就使得膜115在與探針分子120結(jié)合后仍能夠保持其傳導(dǎo)特性。另外，通過調(diào)節(jié)間隔基團166的長度，可以有利的提高或降低靶分子145結(jié)合至探針分子120所引起的膜115的傳導(dǎo)特性發(fā)生改變的效果，例如，可以通過改變靶分子145和膜115之間的距離來實現(xiàn)。另一個優(yōu)點在于，間隔分子160可以在半導(dǎo)體膜115和含有靶分子145的水溶液之間提供一個電絕緣層，因此，在某些實施例中，附著靶分子145并不能干擾有機分子120的電特性。
適宜的連接分子160的例子包括可以使具有氨基或巰基的功能基團162共價連接至間隔分子166的化合物，在某些優(yōu)選的實施例中，間隔基團166是含有至多20個碳原子的烷基鏈。在一個實施方案中，連接分子160具有連接至由正己烷構(gòu)成的間隔基團166的一端的氨基功能基團。正己烷間隔基團166的另一個末端，在功能基團164的促進下，與六噻吩有機分子120末端噻吩環(huán)的第5個碳原子相連。可選擇的，與有機分子120臨近的連接分子末端也可以沒有功能基團164，例如，正己烷間隔基團166可以與有機分子120發(fā)生非共價的相互作用，該相互作用使得連接分子160偶聯(lián)至有機分子120。其它的優(yōu)選實施例中，連接分子160包含有機多聚體層(例如聚酰亞胺)或無機多聚體層(例如二氧化硅)，在這些實施方案中，例如，連接分子160可以包括粘附至含硅石的間隔基團166層的氨基或巰基功能基團162，所述硅石是由氨基硅烷或巰基硅烷沉積至間隔基團166層上形成的。
探針分子125可以是能夠與半導(dǎo)體膜115上有機分子120偶聯(lián)的并且可以與特定的靶分子145或一類靶分子145結(jié)合的任一分子，在某些優(yōu)選的實施例中，探針分子125包含核酸或氨基酸序列，例如DNA或蛋白質(zhì)。在另外的優(yōu)選實施例中，探針分子125是具有能夠與靶分子145的至少一部分核苷酸序列互補的核酸序列的單鏈DNA。在某些方案中，探針分子125可以包括RNA或aptamers。在其他實施方案中，探針分子125為蛋白質(zhì)，例如可以是與待測蛋白125具有高度親和力的抗體或抗體片段。
靶分子145優(yōu)選是生物分子，在某些實施例中，靶分子145具有凈的正電荷或負電荷。在某些優(yōu)選的實施方案中，靶分子145是與探針分子125互補的cDNA或mRNA。在這類實施方案中，靶分子145具有凈的負電荷。在其它的實施方案中，靶分子145是探針分子125的抗原。當(dāng)帶電的靶分子145結(jié)合至偶聯(lián)于半導(dǎo)體膜115中的有機分子120上的探針分子125時，半導(dǎo)體膜115附近的靜電荷發(fā)生了變化，這就相應(yīng)的改變了半導(dǎo)體膜115所處的電場，這種電場改變的結(jié)果，引起了晶體管100的流入電極170和流出電極175之間的電流按照通道110所處的電場的改變而發(fā)生成比例的改變。在固定的環(huán)境條件下(例如恒定的PH值，溫度和離子強度)，電場改變的程度與結(jié)合至探針分子125的靶分子145的數(shù)目成比例。
在其它的實施例中，靶分子145可以沒有凈電荷，當(dāng)電中性的靶分子145結(jié)合至探針分子125時，半導(dǎo)體膜115附近的絕緣系數(shù)發(fā)生了改變，這就改變了含靶分子145的溶液和膜115之間的電容，由此改變了有效的閘門電容，該有效閥門電容的改變能夠改變半導(dǎo)體膜的電場，從而可以通過半導(dǎo)體膜115傳導(dǎo)性的改變而檢測到，當(dāng)靶分子145是電中性的蛋白質(zhì)時就是上述情況。當(dāng)電中性的待測蛋白質(zhì)145結(jié)合至探針分子125上時，探針分子相關(guān)的水分子被從半導(dǎo)體膜115的外表面130上除去，引起了探針分子125附近和膜附近區(qū)域絕緣系數(shù)的改變。
優(yōu)選的有機場效應(yīng)晶體管100進一步包括位于通道110之下的基質(zhì)(180)，位于基質(zhì)180之上的閘門結(jié)構(gòu)185，上面提到的位于閘門結(jié)構(gòu)之上的絕緣層140，上述的位于絕緣層140之上的流入電極170和流出電極175，以及位于170和175之間的通道110。在某些優(yōu)選的實施方案中，靶分子145和探針分子125的結(jié)合/去結(jié)合引起通道的傳導(dǎo)性或遷移率的改變的敏感性有賴于施加于閘門結(jié)構(gòu)185之上的電壓。然而有機場效應(yīng)晶體管100也可以用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的其它方法設(shè)計。
操作時，位于通道之上的晶體管部分被暴露于可能包括靶分子(145)的分析物的檢測液(190)中，例如，檢測液190可以是含有緩沖液，電解液和靶分子145的水溶液。在某些實施例中，電壓施加于流出電極175和閥門結(jié)構(gòu)185上，流入電極170接地。其它的實施例中，電壓還可以施加于檢測液(190)之上。優(yōu)選的，施加的電壓至多約10伏，更優(yōu)選的，至多約2伏。在一個實施方案中，靶分子145與探針分子120結(jié)合引起的通道附近電場的改變，導(dǎo)致了流入和流出電極(170和175)之間電壓至少約0.01伏的改變，更優(yōu)選至少約0.1伏的改變。當(dāng)存在靶分子145時，流入和流出電極(170和175)之間電流的改變，要比不存在靶分子145時小大約1000-1500倍。但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員都能夠理解，流入和流出電極(170和175)之間最小的可接受的電壓改變依賴于可被檢測到的最小電流。電流改變的檢測將受到其它因素的影響，例如電子噪音層，裝置穩(wěn)定性和平均時間。
附圖2A至2F顯示了本發(fā)明的另一個實施例中的選定步驟，即構(gòu)建一個用于檢測生物分子的有機場效應(yīng)晶體管200的方法。晶體管200的類似特征使用在附圖1中所示的近似的參數(shù)來描述。如圖2A所示，該方法包括提供一種常規(guī)的基質(zhì)280，該基質(zhì)包含，例如硅片。
如圖2B所示，閘門結(jié)構(gòu)285形成于基質(zhì)280之上，適宜的具傳導(dǎo)性的閘門物質(zhì)包括金屬(例如金)或具傳導(dǎo)性的多聚體(例如摻雜質(zhì)的多聚噻吩)。閘門結(jié)構(gòu)285可以用常規(guī)技術(shù)來沉積，例如化學(xué)氣相沉積，物理噴涂沉積或電子束氣化處理等方法。另外，用于形成閘門結(jié)構(gòu)285的材料還可包括基質(zhì)的一部分，例如摻雜常規(guī)的摻雜劑(例如硼或磷)的硅，從而使基質(zhì)280的一部分具傳導(dǎo)性。下面進一步討論，當(dāng)需要得到多個有機場效應(yīng)晶體管200時，用標(biāo)準(zhǔn)的光蝕刻技術(shù)構(gòu)造閘門材料以形成閘門陣列，該陣列在圖中未單獨顯示。
如圖2C所示，絕緣層240沉積在閘門結(jié)構(gòu)285之上，適宜的絕緣層140的材料包括絕緣材料，例如二氧化硅或聚酰亞胺，絕緣層140使用常規(guī)的方法，例如使用四乙基正硅酸鹽的化學(xué)氣相沉積，或在含雜質(zhì)的硅閘門上進行熱沉積來得到。絕緣層140在單個的閘門被構(gòu)造后按照常規(guī)的方式構(gòu)造。
如圖2D所示，流入電極(270)和流出電極(275)位于絕緣層240之上，流入電極(270)和流出電極(275)包含金屬或與應(yīng)用于閘門結(jié)構(gòu)285的多聚體類似的多聚體，應(yīng)用于形成閘門結(jié)構(gòu)的類似方法也可以應(yīng)用于沉積流入電極和流出電極的材料，然后應(yīng)用構(gòu)造工藝去形成流入電極和流出電極區(qū)域(270和275)，以容納一個或更多的裝置200的通道區(qū)域210。
如圖2E所示，晶體管通道210的形成包括在流入電極和流出電極(270和275)之間形成含有機分子(220)的半導(dǎo)體膜215，優(yōu)選的，含有機分子220的半導(dǎo)體膜215形成在基質(zhì)280之上，更優(yōu)選的，形成在絕緣層240之上。當(dāng)有機分子220為寡聚體時，膜優(yōu)選通過真空升華的方法得到。通常，真空升華以本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)方法在壓力1×10-4-1×10-6托之間操作。由于真空升華使得操作相對簡化因而是優(yōu)選的，舉例來說，它不需要附加的步驟使有機分子220功能化，從而使其在適于旋轉(zhuǎn)涂層的溶液中更易溶。
如果選定的有機分子220不適于進行真空升華，并且它至少微溶于有機溶劑，例如甲苯氯仿或二甲苯，那么可以使用其他常規(guī)方法，例如溶液旋轉(zhuǎn)涂層，氣化沉積法或印記法。在某些情況下，可以通過功能化有機分子220，例如多聚噻吩，來提高它在用于旋轉(zhuǎn)涂層的溶劑中的溶解性。這樣的功能化的例子是區(qū)域規(guī)則排列(regio-regular)的多聚3-己基噻吩。
如圖2F所示，通道210的形成包括將探針分子225偶聯(lián)至半導(dǎo)體膜215的外表面230上，這樣使得半導(dǎo)體膜215的內(nèi)部基本上沒有探針分子225。探針分子225和膜215上的有機分子220的偶聯(lián)通過使用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的常規(guī)技術(shù)得以實現(xiàn)。這樣的方法見“Korri-Youssoufi，H.，et al.J.Am.Chem.Soc.1197388-89(1997)”，以及“Katz，H.E.，et al.Chem.Mater.10633-38(1998)”的描述。這些文獻在此處整體引入作為參考。
舉例來說，功能基團(264)可附著在有機分子(220)的末端255以促進與探針分子225的偶聯(lián)。在某些例子中，需要在形成膜215的過程中保護附著在有機分子(220)上的功能基團(264)。然后功能基團264再進行去保護，以暴露與探針分子225反應(yīng)的功能基團，類似的考慮也適用于功能基團262與探針分子225的結(jié)合以及位于功能基團之間的任選的間隔基團(266)的導(dǎo)入。
舉例來說，有機分子220為六噻吩，探針分子225為單鏈寡聚體DNA或RNA，探針DNA或RNA(225)可以通過附著在膜215的有機分子220的末端255上的氨基功能基團(262)與探針DNA或RNA(225)的酸性基團發(fā)生反應(yīng)形成酰胺鍵來偶聯(lián)至膜215上。另外，附著在有機分子220末端(255)的巰基功能基團(264)可以與位于探針分子(225)上的巰基反應(yīng)形成二硫鍵，從而使得探針分子225偶聯(lián)至膜215上。如上所述，巰基功能基團(264)可以在形成膜215的過程中經(jīng)乙酰化作用后形成巰基酯(例如形成CH3-CO-S-R，其中R為有機分子240或如上討論過的偶聯(lián)在有機分子240上的連接基團260)從而得到保護，然后通過暴露于氫氧化銨而進行去保護。
在一些實施方案中，探針分子225和半導(dǎo)體膜215之間的偶聯(lián)作用優(yōu)選在溶劑中進行，其中該溶劑不溶解膜215的有機分子220，適宜的溶劑包括水或有機溶劑(例如乙醇和乙氰)。使用這樣的有機溶劑有助于防止在探針分子225和膜外表面230偶聯(lián)時探針分子225擴散進入膜215內(nèi)部。在某些情況下，有機分子優(yōu)選是寡聚體，例如六噻吩，因為與多聚體(例如多聚噻吩)相比，寡聚體在此類有機溶劑中的溶解性要小。
如上面所提到的，形成通道210包括將探針分子225偶聯(lián)于半導(dǎo)體膜的外表面230。在探針分子225和有機分子220偶聯(lián)之前，通過形成含有機分子220的膜215，可以確保膜215內(nèi)部基本上沒有探針分子225。優(yōu)選的，探針分子225偶聯(lián)于位于膜外表面230的有機分子220，更優(yōu)選的，探針分子225偶聯(lián)至與膜外表面230最接近的有機分子的末端。下面要進一步討論，在某些優(yōu)選的實施例中，具有多個晶體管200，每個都具有偶聯(lián)至與其相連的通道210上的不同的探針分子225，這樣就形成了位于單個基質(zhì)280上的包括不同的場效晶體管200的陣列。在這樣的例子中，可以應(yīng)用噴墨打印技術(shù)或微流體裝置來將不同的探針分子225沉積于位于陣列中的通道210之上。
圖3所示是本發(fā)明的又一個實施例，用于檢測生物靶分子的生物傳感器系統(tǒng)(300)。該系統(tǒng)包括生物傳感器裝置(310)，該裝置又包括許多有機場效應(yīng)晶體管(320)，如上所述，晶體管具有一個通道(325)，該通道包括半導(dǎo)體膜和偶聯(lián)至膜外表面的探針分子。在某些實施例中，晶體管(320)具有位于每一通道(325)內(nèi)的不同類型的探針分子，該探針分子有結(jié)合不同類型的靶分子(330)的能力。以上所討論的實施例中的任何的晶體管(320)和靶分子(335)都可包括在系統(tǒng)(300)之中。
該系統(tǒng)進一步包括一個可以使生物傳感器裝置310與樣品(330)接觸的檢測系統(tǒng)(340)，該檢測系統(tǒng)340包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的手動或機器操縱的流體工作站，該工作站具有多個打印頭，可以將探針分子和樣品加入生物傳感器的晶體管中。優(yōu)選的，如圖3所示，該檢測系統(tǒng)(340)包括一個偶聯(lián)至晶體管(320)上的微流體網(wǎng)絡(luò)(345)，該網(wǎng)絡(luò)可以使晶體管的通道與晶體管的其它組分(例如晶體管的流入電極和流出電極(350和355))之間發(fā)生電隔離。在其它優(yōu)選的實施例中，該微流體網(wǎng)絡(luò)(345)具有導(dǎo)管(360)，該導(dǎo)管可以將樣品導(dǎo)入生物傳感器裝置中彼此不相連的晶體管320中，以便進行同時或并行的樣品分析。這樣的網(wǎng)絡(luò)可以含有高彈體硅樹脂(例如聚二甲基硅氧烷)，并可按照本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的方法得到(見如Thorsen et al.Science 298580-584(2000)，在此整體引入作為參考。)。
盡管本發(fā)明進行了詳細描述，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，應(yīng)當(dāng)可以理解在本發(fā)明范圍之內(nèi)可以進行各種變化，替代和改變，而不脫離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測生物靶分子的有機場效應(yīng)晶體管，該晶體管包括具有半導(dǎo)體膜的晶體管通道，該半導(dǎo)體膜包含有機分子和偶聯(lián)至所述半導(dǎo)體膜外表面的探針分子，所述膜的內(nèi)部基本上不存在所述探針分子。
2.權(quán)利要求1所述的晶體管，其中所述有機分子具有共軛π鍵。
3.權(quán)利要求1所述的晶體管，其中所述半導(dǎo)體膜包含單層的所述有機分子，其中所述有機分子的一端偶聯(lián)至閘門絕緣體之上，該閘門絕緣體位于所述半導(dǎo)體膜之下。
4.權(quán)利要求1所述的晶體管，其中所述半導(dǎo)體膜進一步包括連接分子，該連接分子偶聯(lián)至所述外表面的所述有機分子并且偶聯(lián)至所述探針分子之一。
5.權(quán)利要求1所述的晶體管，其中所述晶體管通道為一活性通道，并且其中所述探針分子可以結(jié)合靶分子并且化學(xué)鍵合至所述外表面。
6.構(gòu)建用于檢測生物靶分子的有機場效應(yīng)晶體管的方法，包括形成晶體管通道，其中包括在流入電極和流出電極之間形成包含有機分子的半導(dǎo)體膜；以及將探針分子與所述半導(dǎo)體膜的外表面偶聯(lián)，所述半導(dǎo)體膜的內(nèi)部基本上不存在所述探針分子。
7.權(quán)利要求6所述的方法，其中所述有機分子進一步包括可以促進所述偶聯(lián)反應(yīng)的功能基團。
8.權(quán)利要求6所述的方法，其中所述探針分子偶聯(lián)至最接近于所述膜的所述外表面的所述有機分子的末端。
9.權(quán)利要求6所述的方法，其中靶分子與所述探針分子的結(jié)合導(dǎo)致了所述通道的傳導(dǎo)性或遷移率的改變。
10.一種用于檢測生物靶分子的生物傳感器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括生物傳感器裝置，該裝置包括一個或多個有機場效應(yīng)晶體管，每一個所述晶體管都包括通道，該通道包括含有機分子的半導(dǎo)體膜；以及偶聯(lián)至所述半導(dǎo)體膜外表面上的能夠與靶分子結(jié)合的探針分子，所述半導(dǎo)體膜的內(nèi)部基本上不存在所述探針分子；能包含所述靶分子的樣品；以及讓所述生物傳感器裝置與所述樣品接觸的檢測系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種有機場效應(yīng)晶體管以及構(gòu)建晶體管的方法。該晶體管包括含有機分子的半導(dǎo)體膜。能與靶分子結(jié)合的探針分子偶聯(lián)至半導(dǎo)體膜的外表面，使得膜內(nèi)部基本上不存在探針分子。
文檔編號G01N27/414GK1540328SQ200410032670
公開日2004年10月27日 申請日期2004年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月2日
發(fā)明者鮑哲南, B·尤克 申請人:朗迅科技公司