[发明专利]利用石墨烯修饰高电子迁移率晶体管测量DNA杂化方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯的转移技术和DNA的固定技术，利用石墨烯修饰高电子迁移率晶体管（HEMT）并且固定探针DNA，进行DNA杂化的测量，实现快速、灵敏及新颖电流响应模式的DNA杂化检测。

背景技术

实现DNA杂化的迅速、灵敏检测，在食品安全检测、环境监测、疾病诊断、刑侦调查等方面起着十分重要的作用。目前对DNA的检测方法主要有电化学方法和光化学方法，尽管以上方法已经获得了良好的检 测结果，但是仍旧存在检测效率低和检测费用昂贵的问题。利用场效应晶体管（FET）对DNA杂化进行检测，是解决以上问题的一种有效手段。高电子迁移率晶体管（HEMT）作为一种特殊的FET，在化学和生物传感器方面有着巨大的潜在应用价值。由于HEMT层状结构中的二维电子气具有极高的电子迁移能力，而使得其具有优异的灵敏探测特性——当HEMT栅极表面的电子浓度有微小的变化时即可被检测到。Kang等人就利用HEMT这一特性，将巯化过的DNA固定在HEMT栅极表面，进行DNA杂化测试（B. S. Kang, S. J. Pearton, J. J. Chen, et al, Applied Physics Letters 2006, 89, 122102.）。Kang等的工作需要一个复杂的化学过程才能将DNA固定到HEMT表面，并且他们没有在文章中提到用HEMT检测DNA杂化的检测线及灵敏度。

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，它是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯以其独特的结构和优异的性能，吸引了大量的关注。在石墨烯众多的物理、化学性能中，高比表面积、易功能化、超高电子迁移率和良好的生物相容性，使其在生物样品检测方面具有了很高的潜在应用价值。将石墨烯及其衍生物应用于酶生物传感和免疫传感检测已经有了大量研究。由于将DNA与石墨烯结合，可以使DNA具有抵抗DNA酶的消化的能力，已经有不少研究表明，利用石墨烯及其衍生物构建FET对DNA进行检测，可以进行实时监控和DNA无标记（R. Stine, J. T. Robinson, P. E. Sheehan, et al, Adv. Mater. 2010, 22, 5297; Z. Yin, Q. He, X. Huang, Nanoscale 2012, 4, 293.）。由于实际样品中DNA的含量往往低于20fM（10^-15mol/L），FET型DNA传感器需要更高的灵敏度。

发明内容

    为了解决上述问题，本发明的主要目的是实现无标记DNA传感器的迅速（5分钟内）、超低浓度检测（低于20fM），适应实际样品的需求，同时做到简化DNA固定到FET上的程序，并且获得新颖的DNA杂化识别模式的石墨烯修饰高电子迁移率晶体管测量DNA杂化的方法

本发明的技术方案是：利用石墨烯修饰高电子迁移率晶体管测量DNA杂化方法

，具体包括以下步骤：

首先，HEMT的构建：利用分子束外延技术构建HEMT层状结构，580℃在，沉积GaAs层1μm，Al_0.26 Ga_0.7As层3nm，Si掺杂AlGaAs层22nm，及Si掺杂GaAs帽层5nm。沉积Ni/AuGe/Ni/Au作为HEMT的源极和漏极，其中，Ni: 50 nm, AuGe: 204 nm, Ni: 10 nm, Au: 50 nm)作为HEMT的源极和漏极。最后，利用等离子体增强化学气相沉积法将SiO₂绝缘层沉积到器件表面。最后，用石蜡对HEMT进行封装，仅保持栅极暴露在外。

其次，探针DNA固定到HEMT栅极：将探针DNA溶液与浓度为0.1-10 mg/mL石墨烯乙醇分散液，进行混合，其混合比例为DNA溶液体积：石墨烯分散液体积为1:3-6，在温度为18-22℃下将混合液孵化30-50分钟，将适量孵化液滴在步骤1制备得到的HEMT栅极上，在温度为0-4℃下进行孵化和干燥、备用；其中，探针DNA溶液由磷酸盐缓冲液配置，浓度在0.01-10μM；

最后，石墨烯修饰HEMT对DNA杂化进行检测：将不同浓度的目标DNA滴加到已经固定了探针DNA的HEMT栅极，测量HEMT源极和漏极之间的电流变化，获得DNA杂化电流。

本发明的优点或积极效果： 

利用本方法可实现对实际样品的DNA杂化检测。

本方法简化了探针DNA固定到器件表面的过程，舍弃了复杂的化学过程。