[发明专利]一种用于手性色氨酸检测的外延栅极场效应晶体管传感器制备及检测方法

说明书

本发明涉及一种用于手性色氨酸检测的外延栅极场效应晶体管传感器制备及检测方法。将外延栅极浸泡在牛血清白蛋白溶液中，栅极表面形成一层有序的牛血清白蛋白分子，完成手性分离介质的固定，制得手性传感芯片，为牛血清白蛋白外延栅极。将其应用于构建MOS管传感器，为牛血清白蛋白外延栅极场效应晶体管生物传感器，利用牛血清白蛋白外延栅极场效应晶体管结构，减小了液体环境对器件的损害，可实现低压下对pM浓度级别的手性对映异构体高效灵敏区别响应。检测灵敏度明显高于色谱、电化学等检测方法，耗时短且实现了实时在线检测，有望作为现场检测新型应用平台。

技术领域

一种用于手性色氨酸检测的外延栅极场效应晶体管传感器制备及检测方法，涉及手性分子传感器领域。

背景技术

手性是大自然的天然属性，手性分子在医学，药学，食品化学及手性合成等领域具有广泛的应用前景，但是手性对映异构体的生理药理活性可能截然不同。例如沙利度胺右旋异构体具有镇静作用，而左旋异构体却是引发致畸性的罪魁祸首。左旋多巴是治疗帕金森综合症的首选药物，而右旋药物则会造成粒状白细胞减少，因此手性对映异构体的区别拆分尤为重要。氨基酸作为一种典型的手性化合物，在维持人体正常生理、免疫及新陈代谢方面发挥重要作用。其中色氨酸(Trp)是一种人体必需氨基酸，是脑内单胺类神经递质5-羟色胺的前体物质，色氨酸含量与抑郁症有着密切联系，而当畜禽缺乏色氨酸时，则会引起生长停滞，体重下降等问题。鉴于光学异构体相似的物理化学性质，氨基酸的手性识别仍然被认为是十分棘手的问题之一。

大多数生物大分子，如蛋白质、核酸和天然多糖都具有手性结构单元，特别是由手性亚单位(L-氨基酸)组成的蛋白质能够特异性结合小分子。蛋白质如牛血清白蛋白、人血清白蛋白等被广泛用于构建手性传感界面以实现手性拆分，其中牛血清白蛋白价格低廉，易改性、易固定及具有独特的手性识别能力而成为手性分离介质的首选。目前牛血清白蛋白作为手性分离介质常用在色谱，毛细管电泳、质谱、荧光等领域，但由于这些检测手段的设备体积大，耗时长，灵敏度低且难以实现在线实时检测等，故在实际应用方面具有很大的局限性。场效应晶体管固有的信号放大及信号传导能力在生物传感领域受到广泛关注，已经实现了对气体，抗原，葡萄糖等物质的检测。大多数传感层构建都基于器件本身，例如有机场效应晶体管传感器，此类器件的有机半导体层或许对水系环境十分敏感，因此液体环境会对器件性能造成不可逆损害，导致器件无法正常工作，所以此类器件为达到稳定的测试性能往往具有复杂的制备过程或半导体层材料改性过程。商用MOS管因具有成本低、设备小巧、信号灵敏、稳定性高等优势尤其引起研究者极大的兴趣。

在商用MOS管稳定输出性能的基础上，本发明为减少对设备的损害，将敏感驱动元件与器件分离，采用外延栅极结构，可方便更换传感芯片，实现器件重复利用。本发明构建的牛血清白蛋白场效应晶体管传感器及检测方法整合了场效应晶体管放大信号和牛血清白蛋白手性识别的优势，实现低浓度范围手性色氨酸分子的快速、灵敏、实时在线检测，构建手性对映异构体识别的新型应用载体。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术分析，结合场效应晶体管的输出信号放大能力和牛血清白蛋白的手性识别特性，提供一种检测手性色氨酸分子的外延栅极场效应晶体管生物传感器——牛血清白蛋白外延栅极制备方法，并将其应用于构建MOS管传感器，实现低压下对pM浓度级别的手性对映异构体高效灵敏区别响应。检测灵敏度明显高于色谱、电化学等检测方法，耗时短且实现了实时在线检测，有望作为现场检测新型应用平台。

本发明的技术方案如下：

一种用于检测手性色氨酸分子的外延栅极场效应晶体管传感器，将外延栅极浸泡在牛血清白蛋白溶液中，栅极表面形成一层有序的牛血清白蛋白分子，完成手性分离介质的固定，制得手性传感芯片，为牛血清白蛋白外延栅极场效应晶体管生物传感器。

本发明的一种用于检测手性色氨酸分子的外延栅极场效应晶体管传感器制备方法，包括以下步骤：