[发明专利]生物传感器设备及其方法

说明书

技术领域

本技术总体上涉及生物传感器，并且更具体来说涉及具有场效应晶体管栅极的生物传感器，所述场效应晶体管栅极与沟道区偏置定位，以便使得与连接到所述栅极和/或沟道区上的一个或多个分子探针相配合的靶标用作在偏置栅极与沟道区之间的电场分路。

背景技术

例如检测导致在水中产生病原体的疾病的应用对传感器，特别是能够感测生物靶标的传感器有着很大的需求。建议用于生物检测的许多类型的传感器使用了诸如微流体、聚合酶链式反应(PCR)靶标放大、压电材料或离子敏感场效应晶体管(ISFET)的技术。不幸的是，许多这些技术都要求对生物样品进行过滤和培养，并且因此不适用于对流体状况进行实时监控。例如，通过分子探针功能化的ISFET传感器依赖于FET沟道区的表面附近的电荷的增加，以便表示存在靶标。这些系统通常具有大的栅极区域，由此要求高浓度的多个固定的靶标用于给定的装置，以便获得有意义的积极的测试结果。因此，在培养试验样品时，可能花费较长的时间来获得测试结果，实时结果是不实际的，并且牺牲了测量分辨率，这是由于初始浓度可能是未知的。

发明内容

一种生物传感器具有一个或多个场效应晶体管，每个场效应晶体管包括通过沟道区隔开的源极区和漏极区以及与所述沟道区偏置定位且间隔开的栅极。所述生物传感器还具有连接到所述沟道区和所述偏置栅极中的至少一个上的一个或多个分子探针，所述一个或多个分子探针被构造成与至少一个靶标相配合。

一种用于靶标的检测方法包括使一个或多个靶标作为用于一个或多个生物传感器的偏置栅极与沟道区之间的电场分路而固定。靶标测量值被测定为是与具有所述电场分路的所述一个或多个生物传感器的数量成比例的。

一种用于制造生物传感器设备的方法包括形成一个或多个场效应晶体管。这些场效应晶体管中的每一个包括通过沟道区隔开的源极区和漏极区以及与所述沟道区偏置定位且间隔开的栅极。一个或多个分子探针被连接到所述沟道区和所述偏置栅极中的至少一个上，所述一个或多个分子探针被构造成与至少一个靶标相配合。

公开了一种计算机可读介质，计算机可读介质上存储有用于靶标检测的指令。所述指令包括机器可执行代码，所述机器可执行代码在由至少一个处理器执行时，使得所述处理器执行包括以下内容的步骤：测定与具有电场分路的一个或多个生物传感器的数量成比例的靶标测量值。所述电场分路是由在用于所述一个或多个生物传感器的偏置栅极与沟道区之间固定的靶标引起的。

生物感测系统具有生物传感器阵列和控制器。所述生物传感器阵列具有一个或多个场效应晶体管，所述一个或多个场效应晶体管包括通过沟道区隔开的源极区和漏极区以及与所述沟道区偏置定位且间隔开的栅极。所述生物传感器阵列还具有连接到所述沟道区和所述偏置栅极中的至少一个上的一个或多个分子探针，所述一个或多个分子探针被构造成与至少一个靶标相配合。所述控制器是连接到生物传感器阵列上的并且被构造成测定与具有电场分路的所述一个或多个场效应晶体管的数量成比例的靶标测量值，所述电场分路是由在所述偏置栅极与所述沟道区之间固定的靶标引起的。

本技术提供了多个优点，包括提供更有效且高效的生物传感器设备。本文公开的技术总的来说并不依赖于靶标的离子势，而是所述技术的实施例将靶标的强偶极矩(高的相对介电常数)用作在场效应晶体管的偏置栅极与沟道区之间的电场分路。因此，所公开的生物传感器设备可以具有非常小的尺寸，这允许对单个靶标微生物进行实时检测和监控。此外，所公开的生物传感器设备并不要求分析物制备(例如，无细胞溶解、无试剂、无碎片过滤、无用于靶标放大的PCR)，并且是与现有的集成电路制造技术兼容的。

附图说明

图1A是具有与沟道区偏置定位且间隔开的栅极的示例性场效应晶体管的俯视图。

图1B是图1A的示例性场效应晶体管的透视图。

图2是具有连接到场效应晶体管的偏置栅极上的一个或多个分子探针的示例性生物传感器的透视图。

图3是具有连接到场效应晶体管的沟道区上的一个或多个分子探针的示例性生物传感器的透视图。

图4是具有连接到场效应晶体管的偏置栅极和沟道区上的一个或多个分子探针的示例性生物传感器的透视图。

图5是与固定的靶标相配合的图4中所示的生物传感器的透视图。

图6是图4中所示的生物传感器的横截面侧视图，所述图展示了在不存在固定的靶标的情况下，在偏置栅极与沟道区之间的弱电场。