[发明专利]利用连接基团与间隔基团提高碳纳米管基生物传感器灵敏度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用连接基团与间隔基团提高碳纳米管基生物传感器灵敏度的方法。

背景技术

碳纳米管是一类新型材料，其中由6个碳原子组成的六边形相互连接形成管状。由于准一维量子结构，这些碳纳米管显示了各种独特的量子现象，并且其具有与铜相似的电导率，比金刚石(在天然材料中具有最高的热导率)高约3倍的热导率，比钢高约100倍的机械强度以及与塑料一样低的密度。由于这些特性，碳纳米管被广泛应用于材料领域。此外，碳纳米管具有优异的化学稳定性，根据它们的结构可显示出半导电或导电特性，具有小至纳米级(10^-9m)的直径，并为伸长的中空结构。由于这种特性，碳纳米管在平面显示器件、晶体管、储能材料等中显示出优异的器件特性，并且非常适用于各种纳米尺寸的电子器件。

当将这种纳米尺寸的碳纳米管作为传感器使用时，它们对外部环境非常敏感，使得高灵敏度的测量成为可能，可以缩短测量时间，减少操作所需的能量损耗，可不经蛋白质改性在水溶液中进行反应，并且由于其纳米尺寸，碳纳米管可以使各种器件一体化和小型化。

此外，这种利用碳纳米管制造的传感器以电气方式进行检测，并且因此其具有以下优势：它们不需要昂贵的大型系统，例如光学分析系统或其他分析系统，它们具有高灵敏度，可免去其他标识要求，它们可以进行实时分析并能促进小型和便携式传感器的发展。

对一般晶体管来说，源极和漏极之间的沟道电流是由第三栅电极控制的，然而，对碳纳米晶体管来说，电流流量是由检测出的化学物质或由带电分子控制的。也就是说，当气态分子或生物分子被吸附到碳纳米管表面上时，就会发生电荷的排出或积累，这导致碳纳米管器件电导率的变化。因为碳纳米管一般表现为p型半导体，所以由于带正电荷的蛋白质的吸附，正栅电极(即电导率)降低。

然而，为了利用碳纳米晶体管检测生物分子，检测反应应在德拜长度范围内发生。德拜长度是半导体技术中的一个非常重要的参数，是电荷不平衡被中和时所经过的距离的测量。例如，如果一个带正电的球体被注入n型半导体，可动载流将会集中在球体周围。在距离球体几德拜长度的距离处，带正电荷的球体和电子云将呈现中性。当正(+)电荷进入电子气或海时，电子将会集中于进入的带电粒子周围，因此电子密度将会增加。因此，带电粒子的电荷将会被屏蔽，以使它们不会影响大于德拜长度的区域。这种现象被称为德拜屏蔽。电子束集中以中和带电粒子的距离被称为德拜长度。

为了检测碳纳米晶体管传感器内的目标物质，固定在碳纳米管上的受体应具有小尺寸。一般而言，用于目标物质检测的抗体具有10～15nm的尺寸，其远大于在10mM离子浓度处约3nm的德拜长度。因此，这些抗体不容易检测到与目标物质的反应，这表明这些抗体具有低灵敏度。在严重情况下，这些抗体无法检测到该反应。因此，目标物质的受体的尺寸应该非常小。

由于这个原因，作为固定在碳纳米晶体管传感器上用于检测目标物质的受体，目前使用小尺寸的材料，例如核酸适体。然而，因为很多用于多种疾病诊断的核酸适体尚未开发，所以需要用作受体的替代材料，并且新受体的开发也是迫切需要的。最近，开发了一种在碳纳米晶体管传感器中使用抗体片段作为受体降低传感器灵敏度的方法。但是，这种方法不方便，因为在碳纳米晶体管传感器的表面改性期间，必须进行用酶消化抗体的处理。

因此，为了减少这种处理的数量，本发明人引入了连接基团和间隔基团，以确保受体间的间距，并且开发了一种在连接基团上固定受体的方法，所述受体与目标物质结合或反应，从而完成本发明。

发明内容

【技术问题】

本发明的目的在于提供一种能够检测甚至极少量目标物质的碳纳米管基生物传感器、利用其检测目标物质的方法及其制造方法。

【技术方案】

为了实现上述目的，本发明提供一种包括连接基团与间隔基团的碳纳米管基生物传感器、利用其检测目标物质的方法及其制造方法。

一方面，本发明提供一种碳纳米管基生物传感器，其包括：连接基团与间隔基团，所述连接基团与间隔基团被固定在碳纳米晶体管的碳纳米管的表面上；以及生物受体，所述生物受体被固定在所述连接基团上，其中所述连接基团的一端是芘基或石墨，所述间隔基团是一种具有由以下通式1所表示的结构的化合物：

[通式1]

X-L-Y

其中X为芘基或石墨，L为(CH₂)_n，其中n为一个1～4的整数，Y为羟基(-OH)。