[发明专利]在栅极传感表面上使用相同场效应晶体管检测生物分子的方法

说明书

技术领域

本发明涉及使用场效应晶体管检测靶生物分子的存在或生物分子浓度的方法。

背景技术

包括晶体管的晶体管类生物传感器为一种使用电信号检测生物分子的传感器。利用半导体工艺制造晶体管类生物传感器，因此电信号可在晶体管类生物传感器中快速转换。因此，已进行了对这种传感器的大量研究。

美国专利4238757公开了可用于检测生物反应的场效应晶体管(FET)。利用FET，生物传感器测量由于表面电荷浓度变化引起的半导体反型层(inversion layer)中的电流变化，以便检测抗原-抗体反应。利用使用FET的生物传感器，可检测生物分子中的蛋白质。美国专利4777019公开了用于通过将生物单体吸收到使用FET的栅极的表面上来测量生物单体与互补单体杂交的传感器。

美国专利5846708公开了使用电荷耦合装置(CCD)通过消除耦合的生物分子测定杂交存在的方法。美国专利5466348和6203981公开了使用带有电路的薄膜晶体管(TFT)增加信噪比的方法。

FET作为生物传感器的使用降低了成本并减少了检测生物分子所需的时间，并且FET容易与包含集成电路(IC)/MEMS的工艺一起使用。

图1A为常规FET的结构的示意图。参考图1A，FET包括掺杂有n-型或p-型材料的基底11、形成在基底11两侧上并被掺杂以与具有基底11相反极性的源极12a和漏极12b、和在基底11上与源极12a和漏极12b接触的栅极13。通常，栅极13包括氧化物层14、多晶硅层15和栅电极16。探针生物分子被粘附到面对参比电极17的栅电极16的表面16a上。探针生物分子通过氢键等结合到靶生物分子上，并使用电学方法检测键。

图1B为在图1A所示FET的栅电极16的表面16a上固定探针生物分子18并用探针生物分子18结合靶生物分子的过程示意图。参考图1B，流过通道的电流随栅电极16表面上固定的探针生物分子18的存在和固定的探针生物分子18与靶生物分子之间键的存在而变化，由此可检测靶生物分子。

通常，使用两个以上的FET来改进用FET检测生物分子的常规方法的精确度和灵敏度。将一些FET用作不与靶生物分子反应的参照FET，而将其他用作和靶生物分子反应的传感FET。传感FET测量的电信号减去通过参照FET测量的电信号可以获得靶生物分子的电信号，假设参照FET和传感FET中的噪声信号相同。

例如，国际公开WO03/062811公开了一种通过比较由两个不同传感器测得的数据推导出代表因子(representative factor)的方法。

但是，参照FET和传感FET中的噪声信号相同的假设是不可靠的。也就是，尽管以相同的工艺制造FET来满足相同的标准要求，但现有的FET制造技术仍存在很大的差异。因此，参照FET的电信号可能比传感FET的电信号大。

发明内容

本发明提供一种容易并准确地检测生物分子的存在和生物分子浓度的方法。

根据本发明的一个方面，提供一种使用相同场效应晶体管检测靶生物分子的方法，包括：将具有第一靶生物分子的第一样品提供到场效应晶体管的传感表面并测量场效应晶体管的第一电信号变化；将第二样品提供到同一场效应晶体管的传感表面上并测量场效应晶体管的第二电信号变化；以及比较第一电信号和第二电信号，其中场效应晶体管包括：由半导体材料组成的基底；在基底上分开形成并被掺杂具有与基底相反的极性的源极区域和漏极区域；布置在源极区域和漏极区域之间的通道区域；布置在通道区域上并具有由电绝缘材料组成的传感表面的绝缘层；和绝缘层分开并面对绝缘层的参比电极。

在本发明的一种实施方案中，所述方法还包括在将第二样品提供到场效应晶体管的传感表面前用不具有生物分子的溶液洗涤场效应晶体管的传感表面。

电信号可包括漏极电流、栅极-源极电压和源极-漏极电压中的至少一种。

生物分子可为核酸或蛋白质。

核酸可为聚合酶链式反应(PCR)产物或纯化的PCR产物。

第一样品可包含在模板和引物存在下由PCR扩增得到的产物，而第二样品可包含除了没有模板外和第一样品相同的PCR产物。

第一电信号和第二电信号之比是通过比较第一电信号和第二电信号而计算的。

半导体材料可为硅，电绝缘材料可为二氧化硅、氮化硅和金属氧化物中的一种。

基底可掺杂有n-型材料，源极区域和漏极区域可掺杂有p-型材料。

基底还可掺杂有p-型材料，源极区域和漏极区域可掺杂有n-型材料。