[发明专利]诊断急性心梗的生物传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体微电子器件以及生物医学领域，特别是涉及一种利用高电子迁移率晶体管(HEMT)诊断急性心肌梗死的生物标志物心肌肌钙蛋白的生物传感器及其制备方法。

背景技术

根据《中国心血管病报告2015》统计，心血管疾病是中国成人死亡的首要原因，占41.1％。最常见的心血管疾病——冠心病的患者在我国就有900万人，而其中最危重类型——急性心梗AMI的死亡率高达68.6/10万。随着环境恶化、生活水平提高等，未来十年中国AMI发病人数将增加2-3倍。发病2小时以内是心梗患者黄金救治时间，全国约95％的急性心梗患者错过了黄金救治时间。“时间就是心肌，时间就是生命”，因此早期诊断，早期治疗能够大大改善急性心梗患者的远期预后和降低病死率。

通常情况下，心肌肌钙蛋白只存在于心脏中，正常人的血液中无法检测到。急性心梗患者心肌受损时，肌钙蛋白才会释放到血液中，此时通过检测血液中生物标志物心肌肌钙蛋白，就可以判断急性心梗是否发病，从而及时手术疏通血管，降低患者死亡率。目前临床上诊断心肌肌钙蛋白的方法主要是基于光学的生物传感器，例如酶联免疫吸附测定法、化学发光免疫测定法、荧光免疫测定法和比色测定法，它们的优点在于高灵敏，检测下限在10-100pg/mL，但是由于酶标记的反应时间通常都在20分钟以上，很难实现快速检测。另外此类检测方法需要大型设备和专业操作人员。因此，迫切需要研发能够快速检测血清中所含有的微量的上述心肌肌钙蛋白，且可携带和操作简单的仪器设备。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种生物传感器及其制备方法，以解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提出了一种诊断急性心梗的生物传感器，其特征在于：

所述生物传感器包括高电子迁移率晶体管、器件隔离层和可特异性识别急性心梗标志物心肌肌钙蛋白的生物分子层，其中所述生物分子层固定于所述高电子迁移率晶体管的栅极上。

其中，所述高电子迁移率晶体管是GaAs基高电子迁移率晶体管。

其中，所述高电子迁移率晶体管的栅极通过金薄膜、金纳米粒子、羧基石墨烯、氨基石墨烯或二硫化钼来制备。

其中，所述高电子迁移率晶体管的栅极电压在-1V到1V之间变化。

其中，所述生物传感器还包括用于插入到待检测的含有心肌肌钙蛋白的PBS缓冲液中且接地的参比电极。

其中，所述参比电极为金电极或者银|氯化银电极。

其中，所述可特异性识别急性心梗标志物心肌肌钙蛋白的生物分子层中设置的急性心肌梗死标志物为心肌肌钙蛋白、和肽素、心型脂肪酸结合蛋白H-FABP、缺血修饰白蛋白IMA、B型钠尿肽BNP或C反应蛋白CRP。

其中，所述高电子迁移率晶体管从下至上依次包括叠置的GaAs半绝缘衬底、GaAs缓冲层、InGaAs沟道层、AlGaAs空间隔离层、Si的δ掺杂层、AlGaAs势垒层、AlAs腐蚀阻断层和高掺杂GaAs帽层。

作为本发明的另一个方面，本发明还提供了一种诊断急性心梗的生物传感器的制造方法，包括以下步骤：

步骤S1、制备一高电子迁移率晶体管，所述高电子迁移率晶体管从下至上依次包括叠置的GaAs半绝缘衬底、GaAs缓冲层、InGaAs沟道层、AlGaAs空间隔离层、Si掺杂层、AlGaAs势垒层、高掺杂GaAs帽层；

步骤S2、通过光刻腐蚀，将步骤S1制备的器件曝光的区域腐蚀到GaAs缓冲层；

步骤S3、在未被腐蚀的高掺杂GaAs帽层上制备得到欧姆接触的锗/金/镍/金源、漏电极；

步骤S4、采用负性光刻胶通过光刻图形，在曝光的位置使用柠檬酸系腐蚀液选择性腐蚀栅槽，通过调节腐蚀液浓度控制在室温条件下对于GaAs和AlGaAs的选择比大于1000，从而控制AlGaAs势垒层上高掺杂GaAs帽层栅槽的形状和深度以及AlGaAs势垒层平整度，最后使用稀盐酸腐蚀掉AlAs腐蚀阻断层，露出AlGaAs势垒层；通过电子束蒸发于AlGaAs势垒层上生长金薄膜，或者通过溶胶法在AlGaAs势垒层上生长羧基或氨基石墨烯，制作栅极；

步骤S5、如果栅极是Au薄膜，则通过使用巯基丙酸或巯基己酸与其反应形成S-Au键，然后将器件浸入羧基活化液中反应数小时，在自组装分子层滴加急性心梗标志物抗体溶液进行反应，固定抗体分子，形成用于检测急性心梗的生物分子层；