[发明专利]一种基于场效应管的聚合酶链式反应的装置及其使用方法

权利要求书

1.一种基于场效应管的聚合酶链式反应的装置，其特征在于，包括基板、设置于基板上的多个样品孔、场效应管、印刷电路、转换接口及控制器；所述场效应管包括设置于每个样品孔底端中心位置的用于检测离子浓度的第一场效应管，以及底端边缘位置的至少两个用于加热的第二场效应管；所述第一场效应管和第二场效应管通过印刷电路连接到转换接口，转换接口与控制器连接。

2.如权利要求1所述的基于场效应管的聚合酶链式反应的装置，其特征在于，所述第二场效应管有两个，对称设置于第一场效应管的两侧。

3.如权利要求2所述的基于场效应管的聚合酶链式反应的装置，其特征在于，所述第一场效应管和第二场效应管的结构相同，具体由衬底、绝缘层、源极、漏极和栅极构成；所述衬底下表面设置栅极，上表面设置绝缘层，绝缘层上设置源极和漏极。

4.如权利要求1所述的基于场效应管的聚合酶链式反应的装置，其特征在于，所述控制器为计算机。

5.如权利要求3所述的基于场效应管的聚合酶链式反应的装置，其特征在于，所述第一场效应管和第二场效应管的制备方法相同，包括如下步骤：

S1、选择目标衬底，目标衬底为Cu、Ni、Pt及Si材料中的一种；

S2、在所述目标衬底上表面生成一层薄膜绝缘层；

S3、利用光刻工艺扩散两个高掺杂的区域，并从中分别引出漏极和源极；

S4、在所述目标衬底的下表面沉积金属层形成栅极，即得到场效应管。

6.如权利要求3所述的基于场效应管的聚合酶链式反应的装置，其特征在于，所述绝缘层为SiO₂涂层或石墨烯涂层。

7.一种如权利要求3所述的基于场效应管的聚合酶链式反应的装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将需要进行扩增的DNA样品、设计引物、Taq DNA聚合酶、脱氧核糖核苷三磷酸按照一定比例配好加入到样品孔内，得到混合溶液；

S2、将场效应管通过转换接口以及数据线连接至控制器；

S3、在所述第二场效应管的电极之间加电压源或电流源，通过调节背栅电压或电流大小使场效应管产生热量将混合溶液升温至90～96℃，使双链DNA模板在热作用下氢键断裂，形成单链DNA；

S4、减小背栅电压或电流，使混合溶液降温至40～65℃，混合溶液温度降低，引物与DNA模板结合，形成局部双链；

S5、再次增大背栅电压或电流，使混合溶液升温至68～75℃，在Taq DNA聚合酶的作用下，以脱氧核糖核苷三磷酸为原料，从引物的5′端向3′端延伸；

S6、重复操作步骤S3～S5，共计15～25次，每一次循环经过变性、退火和延伸，DNA含量即增加一倍，实现周期性的聚合酶链式反应；

其中，在S3～S6所有步骤中，离子浓度的变化会影响到第一场效应管的栅极电压，因而通过检测源极和漏极之间电流的变化来实时检测循环后产物的总量。

8.如权利要求7所述的基于场效应管的聚合酶链式反应的装置的使用方法，其特征在于，所述第二场效应管加热温度范围为20～120℃。

9.如权利要求7所述的基于场效应管的聚合酶链式反应的装置的使用方法，其特征在于，所述场效应管两端施加的电流范围为0～1A。

10.如权利要求7所述的基于场效应管的聚合酶链式反应的装置的使用方法，其特征在于，所述步骤S5中，电阻升温至72℃。