Dna生物傳感器及其制備方法

專利名稱：Dna生物傳感器及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種傳感器及其制作方法，特別是一種半導體電子器件與生物探針結合的電化學生物傳感器及其制備方法，應用于檢測與監控裝置制造技術領域。
背景技術：
DNA生物傳感器是一種集現代生物技術與先進的光電子技術于一體的高科技產品，它能把非電量生物信號轉換為易觀測電信號或光信號。在發酵工藝、環境檢測、食品工程、臨床醫學、軍事及軍事醫學等方面得到了深度重視和廣泛應用，是發展生物技術必不可少的一種先進的檢測與監控裝置。DNA傳感器以其高選擇性、高靈敏度等突出優點，在醫學、藥物研發、食品工業和環境污染物檢測等領域展示了十分廣闊的應用前景。在各種電化學生物傳感器中，基于場效應晶體管的生物傳感器發展十分迅速。本發明是利用有機薄膜晶體管的無標記的DNA檢測技術，與傳統的標記探針技術相比，如放射性同位素標記探針技術和熒光標記探針技術等，這種新的檢測裝置具有以下特點:
1.研發周期短，場效應晶體管是集成電路的基本元件，對其特性的研究已經非常成
熟； 2.制作工藝與現有的微電子制造平臺相兼容，成本低；
3.尺寸小，能夠和微流控芯片集成，有利于對微量樣本的探測。在各種電化學生物傳感器的制備和使用過程中有兩個最重要的步驟:DNA探針的固定和DNA探針與待測DNA的雜交。由于這兩個過程的實現很費時，使DNA探針的固定和DNA探針與待測DNA的雜交效率不高，從而客觀上降低了傳感器的靈敏度，影響到生物傳感器的廣泛應用。

發明內容
為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種DNA生物傳感器，通過施加偏壓來更有效地提高DNA探針的固定和DNA探針與待測DNA的雜交的效率，從而提高了傳感器的靈敏度，與傳統的生物傳感器相比，在實現相同功能的同時，縮短了檢測的時間。為達到上述目的，本發明采用下述技術方案:
一種DNA生物傳感器，由有機薄膜晶體管和DNA分子探針構成，DNA分子探針作為識別元件，有機薄膜晶體管作為傳感器的換能器，將DNA分子探針檢測的生物信號轉換為易檢測的電信號，有機薄膜晶體管由基板襯底、柵電極、絕緣層、有機半導體層和源漏電極構成，具體結構為在基板襯底上依次有柵電極和絕緣層，有機半導體層為P型有機半導體材料或N型有機半導體材料；在絕緣層上有有機半導體層形成有源層，然后在有機半導體層上制作兩個源漏電極，形成底柵頂接觸結構；或者在絕緣層上制作兩個源漏電極，然后在兩個源漏電極上和兩個源漏電極間溝道區域的絕緣層上制作有機半導體層形成載流子注入層，形成底柵底接觸結構；通過物理吸附法和在柵電極施加偏壓，使DNA分子探針固定在有機半導體層上表面上。本發明技術方案的DNA生物傳感器的制備方法，由有機薄膜晶體管和DNA分子探針構成，DNA分子探針作為識別元件，有機薄膜晶體管作為傳感器的換能器，將DNA分子探針檢測的生物信號轉換為易觀測的電信號，有機薄膜晶體管的各結構層分別由下述步驟依次逐層制備:
a.選用基板襯底，采用真空蒸發方法或濺射方法在基板襯底上制備柵電極，然后在柵電極上通過濺射方法或蒸發方法制作絕緣層；
b.采用真空蒸發方法或旋涂方法在絕緣層上制備P型或N型的有機半導體層，有機半導體層形成有源層，然后再采用真空蒸發方法或濺射方法，在有機半導體層上制作兩個源漏電極；或者采用真空蒸發方法或濺射方法，直接在絕緣層上制作兩個源漏電極，然后在兩個源漏電極上表面和兩個源漏電極間溝道區域的絕緣層上表面上，同時分別采用真空蒸發方法或旋涂方法，制備P型或N型的有機半導體層，有機半導體層形成載流子注入層；
c.采用在柵電極施加偏壓的方法和物理吸附法，使DNA分子探針固定在有機半導體層上表面上，形成DNA生物傳感器。本發明技術方案的DNA生物傳感器的制備方法，采用真空蒸鍍的方法制備柵電極和源漏電極，其真空度小于10_3Pa。作為本發明技術方案的改進，有機半導體層包括兩層，形成雙層有源層或雙層載流子注入層，即在有機半導體層上繼續制作第二層的有機半導體層，DNA分子探針固定在第二層的有機半導體層上表面上。本發明技術方案的DNA生物傳感器的制備方法，在上述步驟b中，采用真空蒸發方法或旋涂方法，在有機半導體層上繼續制作同類型的第二層的有機半導體層，使有機薄 膜晶體管的結構包括雙層有源層或雙層載流子注入層；在上述步驟c中，DNA分子探針固定于在步驟b中制備的第二層的有機半導體層上表面上。上述基板襯底的材料優選為硅片、玻璃、塑料或者陶瓷。 上述柵電極材料優選為Au、Al、Cu、Mo、Cr、T1、ΙΤ0, W、Ag、Ta和重摻雜硅中的任意一種材料或任意幾種材料形成的復合材料，源漏電極材料優選為Au、Ag、Mo、Al、Cu、Cr、T1、Mg、Ca中的任意一種材料或任意幾種材料形成的復合材料。上述絕緣層優選由通過濺射或蒸發形成的二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氧化鉈(Ta205)、氧化鋁(A1203)、氧化鈦(Ti02)、氧化鋯(Zr02)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亞胺(PM)、聚乙烯苯酚(PVP)、聚苯乙烯(PS)和聚乙烯醇(PVA)中的任意一種材料形成的薄膜或任意幾種材料形成的復合材料薄膜。上述有機半導體層的P型有機半導體材料優選為酞菁銅(CuPc)、酞菁鋅(ZnPc)、酞菁鎳(NiPc)、酞菁鈷(CoPc)、自由酞菁(H2Pc)、酞菁鉬(PtPc)、酞菁鉛(PbPc)、并五苯(Pentacene)、并三苯、并四苯、2，3_ 二甲基-1, 4_并六苯-苯酉昆(2, 3-dimethyl-l, 4-hexacene-quinone)、2，3_ 二甲基 _1，4_ 并五苯 _ 苯酉昆(2，3-dimethyl-l, 4-pentacene-quinone)、6，13- 二己基并五苯(6，13-hexy Ipentacene)、六硫化并五苯(hexathiaphntacene, HTP)、紅熒烯、六噻吩(6P)、BP2T、5, 5，- 二 (2-萘基)_2，2，- 二噻吩(NaT2)、5，5”_ 二 (2-萘基)-2，2’:5’，2”_ 三噻吩(NaT3)、NaT4、5, 5”” - 二(2-萘基)-2，2’:5’，2”:5”，2”，:5”’，2””_ 五噻吩(NaT5)、5，5””-二 (2-萘基)-2,2，:5，，2”:5”，2”，:5”’，2””:5””，2””-六噻吩(NaT6)、2，5-二(2-萘基)-[3，2_b]并二噻吩(NaTT2)、5，5，- 二 (2-硫茚基)-2，2’ - 二噻吩(TNT2)、5，5”_ 二 (2-硫茚基)-2，2’:5，，2”-三噻吩(TNT3)、5，5”_ 二(2-硫茚基)-2，2’: 5’，2”: 5”，2’四噻吩(TNT4)、5，5”-二(2-硫茚基)-2，2’:5，，2”:5，，，2”，:5”，，2””-五噻吩(TNT5)、2，5_ 二 (2-硫茚基)-[3，2_b]并二噻吩(TNTT)、5，5，- 二 (2-硫茚基)-2，2，- 二 [3，2-b]并二噻吩(TNTT2)、5，5，- 二(2-菲基)-2，2’ - 二噻吩(PhT2)、5，5，-二(2-菲基)_2，2’ - 二噻吩(PhT2)、5，5”- 二(2-菲基)-2，2’:5’，2”_ 三噻吩(PhT3)、5，5”，_ 二 (2-菲基)-2，2’: 5’，2”: 5”，2’四噻吩(卩於4)、2，5-(2-菲基)-[3，2-13]并二噻吩(PhTT)、5，5’ -二(2-菲基)_2，2’ -二[3, 2-b]并二噻吩(PhTT2)、聚卩比咯(polypyrrol le, PP)、聚噻吩(Polythiophene, PT)、聚三六甲基噻吩(P3HT)、聚苯酚(Poly (P，p’ -biphenol)，PBP)和聚2，5噻吩乙炔(poly (2，5-thienylenevinylene), PTV)中的任意一種材料或任意幾種材料形成的復合材料；
上述有機半導體層的N型有機半導體材料優選為氟代酞菁銅(F16CuPc)、氟代酞菁鋅(F16ZnPc)、氟代酞菁鐵(F16FePc)、氟代酞菁鈷(F16CoPc)、氯代酞菁銅(CI16CuPc)、氯代酞菁鋅(Cl16ZnPc)、氯代酞菁鐵(Cl16FePc)、氯代酞菁鈷(Cl16C0Pc)、氟代六噻吩(DFH-6T)、氯代六噻吩(DC1H-6T)、C6Q、3，4，9，10-茈四羧酸二酐(PTCDA)，N，N’-二苯基-3，4，9，10-茈四羧酸二胺(DP-PTCDI)、四氰基二甲基醌(TCNQ)、1，4，5，8-萘四羧酸二酐(NTCDA)、1，4，5，8-萘四羧酸二胺(NT⑶I)、11，11，12，12-四氰基二甲基萘醌(TCNNQ)和四甲基四硒代富瓦烯(TMTSF)中的任意一種材料或任意幾種材料形成的復合材料。上述DNA分子探針的DNA分子優選為單鏈分子、雙鏈分子、線狀分子和環狀分子中的任意一種分子或任意幾種分子的混合體。本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點:
1.本發明DNA生物傳感器的制備方法簡化了制備工藝，通過施加偏壓來實現DNA探針在有機半導體層(4)的有機薄膜表面的有效固定，電學性能參數良好且穩定，提高了 DNA探針與待測DNA的雜交的效率，提高了 DNA生物傳感器的靈敏度，使有機電子器件的優勢盡顯在生物傳感器的應用中；·
2.本發明DNA生物傳感器基于有機薄膜晶體管進行制備，在應用過程中與傳統的傳感器相比，在實現相同功能的同時，縮短了檢測的時間。3.本發明DNA生物傳感器利用真空蒸發技術實現DNA生物傳感器的制備，實現器件的超薄微型化，信號的快速讀取，體現了有機晶體管的優勢。


圖1為本發明實施例一的有機薄膜晶體管為底柵頂接觸結構的DNA生物傳感器的結構示意圖。圖2為本發明實施例一的有機薄膜晶體管與固定有DNA分子的晶體管的最大飽和電流輸出曲線的電學特性對比圖。圖3為本發明實施例一的有機薄膜晶體管與固定有DNA分子的晶體管的轉移特性曲線的電學特性對比圖。圖4為本發明實施例二的有機薄膜晶體管為底柵底接觸結構的DNA生物傳感器的結構示意圖。
圖5為本發明實施例三的有機薄膜晶體管為底柵頂接觸結構且具有雙層有機半導體層的DNA生物傳感器的結構示意圖。圖6為本發明實施例四的有機薄膜晶體管為底柵底接觸結構且具有雙層有機半導體層的DNA生物傳感器的結構示意圖。
具體實施例方式本發明的優選實施例詳述如下:
實施例一:
在本實施例中，參見圖1，一種DNA生物傳感器，由有機薄膜晶體管和DNA分子探針6構成，DNA分子探針6作為識別元件，有機薄膜晶體管作為傳感器的換能器，將DNA分子探針6檢測的生物信號轉換為易檢測的電信號，有機薄膜晶體管由基板襯底(I)、柵電極(2)、絕緣層(3)、有機半導體層(4)和源漏電極(5)構成，具體結構為在基板襯底(I)上依次有柵電極(2)和絕緣層(3)，有機半導體層(4)為P型有機半導體材料或N型有機半導體材料；在絕緣層(3)上有有機半導體層(4)形成有源層，然后在有機半導體層(4)上制作兩個源漏電極(5)，形成底柵頂接觸結構；通過物理吸附法和在柵電極(2)施加偏壓，使DNA分子探針6固定在有機半導體層(4)上表面上。本實施例DNA生物傳感器基于有機薄膜晶體管，其有機薄膜晶體管的有機半導體層(4)的有機材料表面作為敏感層，DNA分子探針6為識別元件。本實施例DNA生物傳感器為無標記的DNA生物傳感器，創造性使用偏壓增加對DNA的固定效率，提高了傳感器的靈敏度。所得生物傳感器 ，制作簡便、重現性好、靈敏度高、易于實現微型化，使有機電子器件的優勢盡顯在生物傳感器的應用中。本實施例的有機薄膜晶體管的各結構層分別由下述步驟依次逐層制備:
a.選用重摻雜單晶硅片作為基板襯底1，重摻雜單晶硅片的電導為0.01-0.015 Qcm,重摻雜單晶硅片還作為柵電極2，然后在柵電極2上通過蒸發方法熱氧化制作一層SiO2作為絕緣層(3)；
b.采用壓力為10_4Pa真空度，利用真空蒸發方法在SiO2的絕緣層3上掩模制備有機半導體層4，有機半導體層4采用P型半導體材料并五苯，所制備的有機半導體層4的厚度為30nm，形成P型有源層，沉積速率0.0lnm/s，基板襯底I溫度維持70°C恒定；然后再采用真空蒸發方法，在有機半導體層4上利用掩模板熱蒸發20nm厚的Au作為兩個源漏電極5，兩源漏電極5間溝道長度為180 μ m,寬度為3800 μ m,完成P型有機薄膜晶體管換能器的制備;
c.采用在柵電極2施加偏壓的方法和物理吸附法，使DNA分子探針6固定在有機半導體層4上表面上，形成DNA生物傳感器。在本實施例中，在絕緣層3上的有機半導體材料4作為有源層，最后再在掩膜蒸鍍兩個源漏電極5，實現器件的超薄微型化，能實現信號的快速讀取，體現了有機晶體管的技術性能優勢。DNA分子探針6直接通過偏壓固定在有機薄膜晶體管的有機材料的表面，然后將能與單鏈DNA配對的互補鏈滴在有機薄膜晶體管的有機半導體層4的有機膜表面，即可實現在線雜交和測試。在應用本實施例DNA生物傳感器盡享檢測時，DNA分子探針6與樣品中的單鏈DNA分子雜交反應，形成雙鏈DNA分子，引起了有機薄膜晶體管的信號的變化，以達到檢測目標基因的效果。本實施例DNA生物傳感器的性能分析:
參見圖2，對于單獨的有機薄膜晶體管，當加載負柵壓的時候，線性區飽和區電流隨柵壓變化明顯，柵極電壓為-50V時，晶體管的開態電流為10.7M。圖3中是轉移特性曲線，關態電流是10_9A，遷移率為0.08 cm2 /(V.S)，閾值電壓為-28V。在柵電極2施加偏壓，使單鏈的DNA分子探針6能有效地固定在有機半導體層4上有機薄膜表面上，加入待 測試的單鏈DNA后，如圖2和圖3所示，電學性能發生了明顯的變化。DNA分子帶負電，會吸引更多的空穴聚集在兩個源漏電極5間溝道區域，在柵極電壓為-50V時，開態電流增加到39.8 M ,關態電流是10_8A，閾值電壓增加到-17V，飽和電流之比為3.8。把待測的DNA互補鏈滴入本實施例DNA生物傳感器器件上在線雜交后，電學性能有更加明顯的變化，雜交后形成的雙鏈DNA能吸引更多的空穴在溝道區的表面，開態電流比增加了 4倍，各種器件參數有了很好的改善，提高了傳感器的靈敏度，如圖2和圖3所示。與傳統的制備DNA生物傳感器的方法相比，這種無標記的生物傳感器減少了復雜的標記過程，降低了探測分析的成本，并且使用偏壓來增加DNA分子探針6的固定不僅節省了檢測的時間，更加有效地提高了靈敏度，所以能很好的實現生物探測，因此這是制備DNA生物傳感器的一種很好的新方法。實施例二:
本實施例與實施例一基本相同，特別之處在于:
在本實施例中，參見圖4，在絕緣層3上制作兩個源漏電極5，然后在兩個源漏電極5上和兩個源漏電極5間溝道區域的絕緣層3上制作有機半導體層4形成載流子注入層，形成底柵底接觸結構。本實施例采用了與實施例一類似的結構，制備出了具有相同功能的DNA生物傳感器。其中基板襯底1、柵電極2和絕緣層3采用與實施例一相關的材料制備。絕緣層3制備工藝除熱氧化一層SiO2外，還可采用磁控濺射方法在硅片基板襯底I上沉積一層N2O5, Ti02、A1N3、Si3N4, Ta2O5等相關材料或用旋涂方法制備PMMA、PVA、PS聚合物絕緣層。本實施例的有機薄膜晶體管的各結構層分別由下述步驟依次逐層制備:
a.與實施例一相同；
b.采用真空蒸發方法或濺射方法，直接在絕緣層3上制作兩個源漏電極5，然后在兩個源漏電極5上表面和兩個源漏電極5間溝道區域的絕緣層3上表面上，同時分別采用真空蒸發方法或旋涂方法，制備P型或N型的有機半導體層4，有機半導體層4形成載流子注入層；
c.與實施例一相同。實施例三:
本實施例與實施例一基本相同，特別之處在于:
在本實施例中，參見圖5，在絕緣層3上有兩層有機半導體層4形成雙層的有源層，即在有機半導體層4上繼續制作第二層的有機半導體層4，然后在第二層的有機半導體層4上制作兩個源漏電極5，形成底柵頂接觸結構，DNA分子探針6固定在第二層的有機半導體層4上表面上。具體為:在本實施例中，參見圖5，本實施例相比實施例一，特別之處在:有機半導體層4的P型半導體材料由并五苯(pentacene)和酞菁銅(CuPc)兩種材料構造了兩層有機半導體層4，形成雙層有源層。本實施例的有機薄膜晶體管的各結構層分別由下述步驟依次逐層制備:
a.與實施例一相同；
b.采用壓力為10_4Pa真空度，利用真空蒸發方法在SiO2的絕緣層3上掩模制備有機半導體層4，有機半導體層4采用P型半導體材料并五苯，所制備的有機半導體層4的厚度為30nm,形成P型有源層,沉積速率0.01nm/s,基板襯底I溫度維持70°C恒定；接著掩膜形成一層20nm厚的酞菁銅，形成第二層的有機半導體層4，沉積速率0.0lnm/s，基板溫度維持150°C恒定；然后再采用真空蒸發方法，在有機半導體層4上利用掩模板熱蒸發20nm厚的Au作為兩個源漏電極5,兩源漏電極5間溝道長度為180 μ m,寬度為3800 μ m,完成p型有機薄膜晶體管換能器的制備；
c.采用在柵電極2施加偏壓的方法和物理吸附法，使DNA分子探針6固定在第二層的有機半導體層4上表面上，形成DNA生物傳感器。在本實施例中，DNA分子探針6直接通過偏壓固定在有機薄膜晶體管的有機材料的表面，然后將能與單鏈DNA配對的互補鏈滴在有機薄膜晶體管的有機半導體層4的有機膜表面，即可實現在線雜交和測試。實施例四:
本實施例與實施例二基本相同，特別之處在于:
在本實施例中，參見圖6，在絕緣層3上制作兩個源漏電極5，然后在兩個源漏電極5上和兩個源漏電極5間溝道區域的絕緣層3上制作有機半導體層4，也形成底柵底接觸結構，然后在有機半導體層4上再繼續制作第二層的有機半導體層4，形成雙層的載流子注入層，DNA分子探針6固定在第二層的有機半導體層4上表面上。本實施例采用了與實施例二類似的結構，制備出了具有相同功能的DNA生物傳感器。其中基板襯底1、柵電極2和絕緣層3采用與實施例一相關的材料制備。絕緣層3制備工藝除熱氧化一層SiO2外，還可采用磁控濺射方法在硅片基板襯底I上沉積一層N205、TiO2, A1N3、Si3N4, Ta2O5等相關材料或用旋涂方法制備PMMA、PVA、PS聚合物絕緣層。本實施例的有機薄膜晶體管的各結構層分別由下述步驟依次逐層制備:
a.與實施例二相同；
b.采用真空蒸發方法或濺射方法，直接在絕緣層3上制作兩個源漏電極5，然后在兩個源漏電極5上表面和兩個源漏電極5間溝道區域的絕緣層3上表面上，同時分別采用真空蒸發方法或旋涂方法，制備P型或N型的有機半導體層4，有機半導體層4形成載流子注入層，然后再采用真空蒸發方法或旋涂方法，在有機半導體層4上繼續制作同類型的第二層的有機半導體層4，使有機薄膜晶體管的結構具有雙層載流子注入層；
c.采用在柵電極2施加偏壓的方法和物理吸附法，使DNA分子探針6固定在第二層的有機半導體層4上表面上，形成DNA生物傳感器。上面結合附圖對本發明實施例進行了說明，但本發明不限于上述實施例，還可以根據本發明的發明創造的目的做出多種變化，凡依據本發明技術方案的精神實質和原理下做的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，只要符合本發明的發明目的，只要不背離本發明DN A生物傳感器及其制備方法的技術原理和發明構思，都屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種DNA生物傳感器，由有機薄膜晶體管和DNA分子探針(6)構成，所述DNA分子探針(6)作為識別元件，所述有機薄膜晶體管作為傳感器的換能器，將所述DNA分子探針(6)檢測的生物信號轉換為易檢測的電信號，其特征在于:所述有機薄膜晶體管由基板襯底(I)、柵電極(2)、絕緣層(3)、有機半導體層(4)和源漏電極(5)構成，具體結構為在所述基板襯底(I)上依次有所述柵電極(2 )和所述絕緣層(3 )，所述有機半導體層(4 )為P型有機半導體材料或N型有機半導體材料； 在所述絕緣層(3)上有所述有機半導體層(4)形成有源層，然后在所述有機半導體層(4 )上制作兩個所述源漏電極(5 )，形成底柵頂接觸結構； 或者在所述絕緣層(3 )上制作兩個所述源漏電極(5 )，然后在兩個所述源漏電極(5 )上和兩個所述源漏電極(5)間溝道區域的所述絕緣層(3)上制作所述有機半導體層(4)形成載流子注入層，形成底柵底接觸結構； 通過物理吸附法和在所述柵電極(2 )施加偏壓，使所述DNA分子探針(6 )固定在所述有機半導體層(4)上表面上。
2.根據權利要求1所述的DNA生物傳感器，其特征在于:所述有機半導體層(4)包括兩層，形成雙層有源層或雙層載流子注入層，即在所述有機半導體層(4)上繼續制作第二層的所述有機半導體層(4)，所述DNA分子探針(6)固定在第二層的所述有機半導體層(4)上表面上。
3.根據權利要求1或2所述的DNA生物傳感器，其特征在于:所述基板襯底(I)的材料為硅片、玻璃、塑料或者陶瓷。
4.根據權利要求1或2所述的DNA生物傳感器，其特征在于:所述柵電極(2)材料為Au、Al、Cu、Mo、Cr、T1、ITO, W、Ag、Ta和重摻雜硅中的任意一種材料或任意幾種材料形成的復合材料，所述源漏電極(5)材料為Au、Ag、Mo、Al、Cu、Cr、T1、Mg、Ca中的任意一種材料或任意幾種材料形成的復合材料。
5.根據權利要求1或2所述的DNA生物傳感器，其特征在于:所述絕緣層(3)是由通過濺射或蒸發形成的二氧化硅(Si02)、氮化硅(Si3N4)、氧化鉈(Ta205)、氧化鋁(A1203)、氧化鈦(Ti02)、氧化鋯(Zr02)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亞胺(PM)、聚乙烯苯酚(PVP)、聚苯乙烯(PS)和聚乙烯醇(PVA)中的任意一種材料形成的薄膜或任意幾種材料形成的復合材料薄膜。
6.根據權利要求1或2所述的DNA生物傳感器，其特征在于:所述有機半導體層(4)的P型有機半導體材料為酞菁銅(CuPc)、酞菁鋅(ZnPc)、酞菁鎳(NiPc)、酞菁鈷(CoPc)、自由酞菁(H2Pc)、酞菁鉬(PtPc)、酞菁鉛(PbPc)、并五苯(Pentacene)、并三苯、并四苯、2，3_ 二甲基-1，4_ 并六苯-苯醌(2，3-dimethyl-l, 4- hexacene-quinone)、2，3_ 二甲基-1, 4-并五苯-苯 酉昆(2, 3-dimethyl-l, 4-pentacene- quinone)、6，13- 二己基并五苯(6, 13-hexyIpentacene)、六硫化并五苯(hexathiaphntacene, HTP)、紅突烯、六噻吩(6P)、BP2T、5，5，-二(2-萘基)-2，2’ - 二噻吩(NaT2)、5，5” - 二(2-萘基)-2，2’:5，，2”_ 三噻吩(NaT3)、NaT4、5，5””_ 二(2-萘基)_2，2’:5，，2”: 5”，2”，:5”，，2””-五噻吩(NaT5)、5，5””- 二(2-萘基)-2,2’: 5’，2”: 5”，2”，:5”，，2””:5””，2”” -六噻吩(NaT6)、2，5- 二(2-萘基)_[3，2_b]并二噻吩(NaTT2)、5，5，- 二(2-硫茚基)-2，2’ - 二噻吩(TNT2)、5，5，，- 二 (2-硫茚基)_2，2’:5，，2”-三噻吩(TNT3)、.5，5，，- 二(2-硫茚基)-2，2，:5，，2”:5”，2’”_ 四噻吩(TNT4)、5，5”_ 二(2-硫茚基)-2，2’:5，，2”:5，，，2”，:5”，，2””-五噻吩(TNT5)、2，5_ 二 (2-硫茚基)-[3，2_b]并二噻吩(TNTT)、5，5’ - 二(2-硫茚基)-2，2’ - 二 [3，2_b]并二噻吩(TNTT2)、5，5’ - 二(2-菲基)-2，2’ - 二噻吩(PhT2)、5，5，-二(2-菲基)_2，2’ - 二噻吩(PhT2)、5，5”- 二(2-菲基)-2，2’:5’，2”_ 三噻吩(PhT3)、5，5”，_ 二 (2-菲基)-2，2’: 5’，2”: 5”，2’四噻吩(PhT4)、2，5-(2-菲基)-[3，2-b]并二噻吩(PhTT)、5，5’ -二 (2-菲基)_2，2’ -二[3, 2-b]并二噻吩(PhTT2)、聚卩比咯(polypyrrol le, PP)、聚噻吩(Polythiophene, PT)、聚三六甲基噻吩(P3HT)、聚苯酚(Poly (P，p’ -biphenol)，PBP)和聚2，5噻吩乙炔(poly (2，5-thienylenevinylene), PTV)中的任意一種材料或任意幾種材料形成的復合材料； 所述有機半導體層(4)的N型有機半導體材料為氟代酞菁銅(F16CuPc)、氟代酞菁鋅(F16ZnPc)、氟代酞菁鐵(F16FePc)、氟代酞菁鈷(F16CoPc)、氯代酞菁銅(CI16CuPc)、氯代酞菁鋅(Cl16ZnPc)、氯代酞菁鐵(Cl16FePc)、氯代酞菁鈷(Cl16C0Pc)、氟代六噻吩(DFH-6T)、氯代六噻吩(DC1H-6T)、C6Q、3，4，9，10-茈四羧酸二酐(PTCDA)，N，N’-二苯基-3，4，9，10-茈四羧酸二胺(DP-PTCDI)、四氰基二甲基醌(TCNQ)、1，4，5，8-萘四羧酸二酐(NTCDA)、1，4，5，8-萘四羧酸二胺(NT⑶I)、11，11，12，12-四氰基二甲基萘醌(TCNNQ)和四甲基四硒代富瓦烯(TMTSF)中的任意一種材料或任意幾種材料形成的復合材料。
7.根據權利要求1或2所述的DNA生物傳感器，其特征在于:所述DNA分子探針(6)的DNA分子為單鏈分子、雙鏈分子、線狀分子和環狀分子中的任意一種分子或任意幾種分子的混合體。
8.—種權利要求1所述的DNA生物傳感器的制備方法，由有機薄膜晶體管和DNA分子探針(6)構成，DNA分子探針(6)作為識別元件，所述有機薄膜晶體管作為傳感器的換能器，將DNA分子探針(6)檢測的生物信號轉換為易觀測的電信號，其特征在于，有機薄膜晶體管的各結構層分別由下述步驟依次逐層制備: a.選用基板襯底(1)，采用真空蒸發方法或濺射方法在基板襯底(I)上制備柵電極(2 )，然后在柵電極(2 )上通過濺射方法或蒸發方法制作絕緣層(3 ); b.采用真空蒸發方法或旋涂方法在絕緣層(3)上制備P型或N型的有機半導體層(4)，有機半導體層(4)形成有源層，然后再采用真空蒸發方法或濺射方法，在有機半導體層(4)上制作兩個源漏電極(5);或者采用真空蒸發方法或濺射方法，直接在絕緣層(3)上制作兩個源漏電極(5)，然后在兩個源漏電極(5)上表面和兩個源漏電極(5)間溝道區域的所述絕緣層(3)上表面上，同時分別采用真空蒸發方法或旋涂方法，制備P型或N型的有機半導體層(4)，有機半導體層(4)形成載流子注入層； c.采用在所述柵電極(2)施加偏壓的方法和物理吸附法，使所述DNA分子探針(6)固定在所述有機半導體層(4)上表面上，形成DNA生物傳感器。
9.根據權利要求6所述的DNA生物傳感器的制備方法，其特征在于:在所述步驟b中，采用真空蒸發方法或旋涂方法，在所述有機半導體層(4)上繼續制作同類型的第二層的所述有機半導體層(4)，使有機薄膜晶體管的結構包括雙層有源層或雙層載流子注入層；在所述步驟c中，所述DNA分子探針(6)固定于在所述步驟b中制備的第二層的所述有機半導體層(4)上表面上。
10.根據權利要求8或9所述的DNA生物傳感器的制備方法，其特征在于:采用真空蒸鍍的方法制備柵電極(2)和源漏電極(5)， 其真空度小于10_3Pa。
全文摘要
本發明公開了一種DNA生物傳感器，由有機薄膜晶體管和DNA分子探針構成，DNA分子探針作為識別元件，有機薄膜晶體管作為傳感器的換能器，將DNA分子探針檢測的生物信號轉換為易檢測的電信號，有機薄膜晶體管由基板襯底、柵電極、絕緣層、有機半導體層和源漏電極構成，有機半導體層形成有源層或載流子注入層通過物理吸附法和在柵電極施加偏壓，使DNA分子探針固定在有機半導體層上表面上。本發明還公開了DNA生物傳感器的制備方法。本發明通過施加偏壓來更有效地提高DNA探針的固定和DNA探針與待測DNA的雜交的效率，從而提高了傳感器的靈敏度，與傳統的生物傳感器相比，在實現相同功能的同時，縮短了檢測的時間。
文檔編號H01L51/05GK103235022SQ201310104740
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月28日 優先權日2013年3月28日
發明者王軍, 朱宗鵬, 劉娜, 胡玉磊, 桂海洋 申請人:上海大學