[发明专利]基于分子受体的化学场效应晶体管

说明书

本发明涉及基于分子受体的化学场效应晶体管。实施例包括一种用于将膜材料固定于基于分子受体的化学场效应晶体管(CHEMFET)的栅极的方法，该方法包括：将膜材料铸于栅极的暴露区域上，固化膜材料，将CHEMFET放置于模具中，将不渗透的电绝缘树脂的单一应用插入到模具中，以及通过不渗透的电绝缘树脂的单一应用来固定膜材料的边缘，从而在物理上防止膜材料脱离栅极。传感器模块可以包括CHEMFET、放大器电路、接入场地土壤的一个或多个传感器引脚、数据记录器、和无线收发器，以及其它组件。

本申请是申请日为2014年9月17日、申请号为201480063155.8(PCT/US2014/056144)的发明专利申请“基于分子受体的化学场效应晶体管”的分案申请。

技术领域

本申请涉及场地土壤的现场(in-situ)硝酸盐监测，并且更具体地，涉及用于场地土壤的现场硝酸盐监测的基于分子受体的化学场效应晶体管(CHEMFET)设备和方法。

背景技术

在美国所使用的所有硝酸盐肥料中，大约30％由于过度施用以及后续渗入地下水中、挥发或用瓦管排水(tiling)和流走而损失。灌溉和土壤水分监测的新技术向种植者提供了必要的数据以管理灌溉，从而实现更好的预测和即刻反馈，从而降低了水成本并且优化了管理实践。

然而，普遍缺乏对用于具体管理土壤养分水平的新技术的开发不能实现这一同类型的施肥精确性。当前在生长季之前和在生长季期间进行若干次，通过从每个5-20英亩田地中采集15-20个土壤样本并将这些样本邮寄给场外工厂进行分析来监测土壤养分。通常，每个生长季执行若干次养分测试，从而导致超过30亿美元的处理开销。即使采用如此惊人的成本，但投资总是不与最优的作物产量相关。缺乏相关性是由于采集样本的时间和结果返回的时间之间的固有断连，在这段时间期间，硝酸盐水平受到内生土壤细菌的铵基活动、由于过量浇水或过度施肥而渗入根区域以下或在干燥过程中降解/挥发的影响。

已经试图改善样本采集和可实施数据之间的延迟时间，但这一过程通常仍需要3-5个工作日，最好情况下在采样和结果之间仍需要几小时。当前所有的硝酸盐监测的直接方法需要预处理样本，并且硝酸盐在滤液中进行测量。这是因为需要较好的土壤接触，其通常缺乏标准的离子选择性电极(ISE)。

因此，需要用于将分子受体与硝酸盐的已知亲和性和选择性合并的改善的设备、系统和方法，从而提供驱动力以将硝酸盐分离到膜中，并且实现对不同湿度的土壤的直接测量。此外，由于受体对通常非特定的ISE膜的选择性而需要提高精确性。本发明的实施例解决了现有技术中的这些及其他限制。

附图说明

图1A根据本发明的一些实施例，示出了基于分子受体的CHEMFET的侧视图。

图1B示出了图1A的基于分子受体的CHEMFET的俯视图。

图1C示出了图1A的基于分子受体的CHEMFET的侧视图，包括置于其栅极上的边缘树脂紧固件和膜。

图1D示出了图1C的基于分子受体的CHEMFET的俯视图。

图1E根据本发明的一些实施例，示出了包括膜的基于分子受体的CHEMFET的另一示例的侧视图。

图1F示出了图1E的基于分子受体的CHEMFET的俯视图。

图1G示出了图1E的基于分子受体的CHEMFET的侧视图，包括具有置于其栅极上的边缘树脂紧固件的树脂的单一应用和膜。

图1H示出了图1G的基于分子受体的CHEMFET的俯视图。

图1I根据本发明的一些实施例，示出了用于应用不渗透的电绝缘树脂的模具的示例。

图2A示出了使用图1A到1D中的基于分子受体的CHEMFET或与图1E到1H中的基于分子受体的CHEMFET 102的放大器的示例电路图。