[发明专利]基于MOSFET结构的DNA电化学传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物传感器技术领域，具体涉及一种基于MOSFET结构的DNA电化学传感器及其制备方法。

背景技术

传感器与通信系统和计算机共同构成现代信息处理系统。传感器相当于人的感官，是计算机与自然界及社会的接口，是为计算机提供信息的工具。

传感器通常由敏感(识别)元件、转换元件、电子线路及相应结构附件组成。生物传感器是指用固定化的生物体成分(酶、抗原、抗体、激素等)或生物体本身(细胞、细胞器、组织等)作为感元件的传感器。电化学生物传感器则是指由生物材料作为敏感元件，电极(固体电极、离子选择性电极、气敏电极等)作为转换元件，以电势或电流为特征检测信号的传感器。由于使用生物材料作为传感器的敏感元件，所以电化学生物传感器具有高度选择性，是快速、直接获取复杂体系组成信息的理想分析工具。一些研究成果已在生物技术、食品工业、临床检测、医药工业、生物医学、环境分析等领域获得实际应用。

电化学DNA传感器是近几年迅速发展起来的一种全新思想的生物传感器。其用途是检测基因及一些能与DNA发生特殊相互作用的物质。电化学DNA传感器是利用单链DNA(ssDNA)或基因探针作为敏感元件固定在固体电极表面，加上识别杂交信息的电活性指示剂(称为杂交指示剂)共同构成的检测特定基因的装置。其工作原理是利用固定在电极表面的某一特定序列的ssDNA与溶液中的同源序列的特异识别作用(分子杂交)形成双链DNA(dsDNA)(电极表面性质改变)，同时借助一能识别ssDNA和dsDNA的杂交指示剂的电流响应信号的改变来达到检测基因的目的。

电化学DNA传感器离实用化还有相当距离，主要是传感器的稳定性、重现性、灵敏度等都还有待于提高。有关DNA修饰电极的研究除对于基因检测有重要意义外，还可将DNA修饰电极用于其它生物传感器的研究，用于DNA与外源分子间的相互作用研究，如抗癌药物筛选、抗癌药物作用机理研究；以及用于检测DNA结合分子。无疑，它将成为生物电化学的一个非常有生命力的前沿领域。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于MOSFET结构的DNA电化学传感器，解决了现有技术中生物传感器技术不能进行检测DNA的合成和测序等问题。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

一种基于MOSFET结构的DNA电化学传感器，包括CMOS衬底，所述CMOS衬底上沉积有氮化硅层，所述氮化硅层上覆盖二氧化硅绝缘层；其特征在于所述二氧化硅绝缘层为具有微孔结构的微孔阵列，所述微孔侧壁上SiO₂绝缘层通过羧基偶联有DNA探针作为敏感元件。

优选的，所述DNA探针具有SEQ No：1～3的连续核苷酸序列。

典型的，连续核苷酸序列列表如下：

这些DNA探针是通用接头的互补序列，可以检测DNA的合成和测序。

优选的，所述氮化硅层的厚度为100-300纳米。

优选的，所述SiO2绝缘层的厚度为1-10微米。

本发明的另一目的在于提供一种所述的基于MOSFET结构的DNA电化学传感器的制备方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

(1)采用低压化学气相淀积方法在CMOS衬底上沉积形成氮化硅层，并根据微孔阵列的排布在所述氮化硅层上覆盖正性光刻胶，通过正胶显影溶解已曝光的光刻胶，然后采用低压化学气相淀积方法生长SiO₂绝缘层；

(2)进行正性光刻胶的剥离，并暴露作为衬底的氮化硅层，即在氮化硅层上形成微孔结构；

(3)将SiO₂绝缘层的微孔侧壁采用羧基化方法进行羧基化处理，然后使将氨基化的DNA探针与SiO₂绝缘层表面的羧基进行键合偶联形成敏感元件。

优选的，所述方法步骤(1)中采用低压化学气相淀积方法在CMOS衬底上沉积形成氮化硅层的方法是以二氯二氢硅和氨气为反应原料在压力为0.1～10托范围内，温度为700-800℃的条件下进行沉积获得氮化硅层。

优选的，所述方法步骤(1)中在所述氮化硅层上覆盖正性光刻胶的方法为旋转涂胶方法。

优选的，所述方法步骤(1)中正性光刻胶的曝光条件为光的波长是248nm，光源是氟化氩激光光源；曝光剂量为100mJ/cm²，曝光后正胶显影所用的正胶显影液为四甲基氢氧化铵，所述四甲基氢氧化铵的当量浓度为0.2-0.3。