[发明专利]一种新冠病毒抗原的快速高灵敏检测方法

说明书

本发明公开了一种新冠病毒(SARS‑CoV‑2)抗原快速高灵敏检测方法，属于生物检测技术领域。本发明通过微纳加工技术构建了一种新冠病毒抗体功能化的场效应晶体管生物传感器(FET)，利用新冠病毒抗体与抗原特异性识别和FET的快速响应性能，实现对新冠病毒的高灵敏度、高特异性快速检测。本方法对新冠病毒抗原平均检测时间小于15分钟，检出限为0.7fg/mL。本发明公开的新冠病毒检测方法解决了当前新冠病毒检测耗时长、准确度低、操作复杂等问题，可实现新冠病毒便携式即时检测，对于货物和人员的大规模筛查、现场快速检测和疫情防控具有重要意义。

技术领域

本发明属于生物检测技术领域，具体涉及一种用于快速、高灵敏检测新冠病毒的高性能抗体分子功能化场效应晶体管生物传感器及其检测方法。

技术背景

当前检测新冠病毒的方法主要有：核酸、抗体和抗原检测。目前临床上检测SARS-CoV-2 的金标准是基于核酸检测的实时逆转录-聚合酶链式反应(RT-PCR)，此方法需要特定仪器且操作复杂，预处理和cDNA扩增过程使得从采样到得到检测结果花费时间较长，难以满足疫情防控的快速诊断要求。基于抗体的检测方法通常需要采集血液样本，具有一定的侵入性，且可能出现非特异性、假阳性或假阴性结果，存在错检、漏检问题。相比核酸和抗体检测，抗原检测无需依赖大型设备和专业人员操作，平均检测时长≤15min，可实现无创检测，具有检测方便、高效快捷的优势，因此开发基于抗原的新冠病毒快速、高灵敏检测技术至关重要。

场效应晶体管(Field Effect Transistor,FET)生物传感器具有响应速度快、稳定性好、易于微型化和集成、灵敏度高、操作简单等优点，可为发展SARS-CoV-2快速、便捷式检测设备提供新方案。将高性能FET生物传感器与新冠病毒抗原检测技术相结合构建一种用于新冠病毒快速、高灵敏、高特异性检测的工具，有望实现货物和人员大规模即时筛查及现场快速检测。

发明内容

为了解决现有新冠病毒检测“耗时长、准确度低、操作复杂”等问题，本发明目的是提供一种基于特异性抗体分子功能化的FET高性能新冠病毒检测生物传感器及检测方法，利用 FET生物传感器的高灵敏度和新冠病毒N蛋白抗体对于新冠病毒N蛋白的特异性识别功能，实现对新冠病毒抗原的快速、高灵敏检测。本发明所提供的检测方法对新冠病毒抗原平均检测时间小于15分钟，检出限低至0.7fg/mL。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种高灵敏和特异性新冠病毒检测生物传感器的制备方法，包括如下步骤：采用热蒸镀法、磁控溅射法制备具有高灵敏度的FET器件，利用特异性识别新冠病毒抗原的抗体分子对其进行化学修饰得到高灵敏和特异性的新冠病毒检测生物传感器。所述的新冠病毒抗原的抗体分子优选为SARS-CoV-2N蛋白抗体。

进一步地，所述的新冠病毒检测生物传感器的制备方法，包括如下步骤：

S1、FET器件的制备

在p-Si/SiO₂绝缘衬底表面上旋涂一层正性光刻胶，光刻出半导体电极沟道后使用热蒸镀仪蒸发生长下层为Cr层、上层为Au层的Cr/Au源漏电极。在气体氛围为氩气的条件下，利用磁控溅射法在图案化的电极沟道中均匀沉积铟镓锌氧化物薄膜，制得FET器件。

S2、FET器件的特异性抗体功能化

(S2.1)在步骤S1中制备好的FET器件表面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)以钝化Cr/Au源漏电极。采用电子束曝光系统(EBL)暴露出传感区域后，对FET器件先后进行硅烷化、戊二醛功能化处理。

(S2.2)在FET器件的传感区域滴加SARS-CoV-2N蛋白抗体溶液，使得抗体分子通过交联法、共价键合法修饰在铟镓锌氧化物薄膜表面，得到SARS-CoV-2N蛋白抗体分子功能化的FET生物传感器件，即得到新冠病毒检测生物传感器。