[发明专利]用于检测生物分析物的传感器及其检测方法

说明书

本发明提供一种用于检测生物分析物的传感器，其包括：‑基板；‑一对端电极，其以相互隔开且相对的关系设置在基板上；和‑非绝缘传感元件，其施加于基板表面，在该对端电极之间并与该对端电极电接触，其中所述传感元件提供端电极之间的传导路径，其中所述传感元件包括氧缺陷型金属氧化物层和生物分析物结合位点，并且其中当通过传感器施加电压时，生成与传感元件的电导变化成比例的电信号，所述电信号对应于生物分析物与生物分析物结合位点的结合。

技术领域

本发明涉及传感器，特别是涉及用于检测体液中的生物分析物的非侵入式传感器及其检测方法。

本发明主要被开发用于检测体液中的一系列生物分析物，并且将在下文中参考本申请进行描述。

以下对本发明背景的讨论旨在促进对本发明的理解。然而，应理解的是，所述讨论并不是确认或承认所提及的任何材料在本说明书的任何一项权利要求的优先权日已在澳大利亚或任何其他国家公布、已知或属于公知常识的一部分。

背景技术

有两种方法用于在组织和/或生物流体中监测/测量目标生物标志物(下文称为生物分析物)的水平。第一种方法依赖于使用侵入式传感器，其中所述传感器的组件直接与组织或体液接触，可能导致感染、组织损伤和不适。第二种方法依赖于使用非侵入式传感器，其采用不同的技术以确定体液中生物分析物的水平，所述技术包括光学吸收、电化学、转导和电导测定法。

在非侵入式传感器方面，基于光学吸收的非侵入式传感器不是特别精确，这是因为可能存在于体液中的各种生物分析物的弱吸收带紧密重叠以及这种测定的温度敏感性。

另一方面，电化学传感器更精确，因此目前在生物传感领域占据主导地位。这种传感器通过测量由感兴趣的生物分析物与和传感器相关联的传感元件反应生成的电信号来运行，其中生成的电信号与生物分析物的浓度成比例。传感器中的这种电化学反应通过以下发挥作用：引发可测量的电流(安培测定)、可测量的电荷积累或电位(电位测定)、改变介质的导电特性(电导测定)、或测量组合形成阻抗的电阻和电抗(阻抗测定)。

使用电化学转导的传感器通常需要工作电极、反(或辅助)电极和参比电极。参比电极与生物识别元件和分析物相互作用的位置保持一定距离，以建立已知和稳定的电位。当发生相互作用时，工作电极充当转导组件，而反电极测量电流并促进电解溶液的输送以允许电流传输至工作电极。

电导传感器还依赖于使用电极以测量介质在其间传导电流的能力。然而，电导传感器不需要使用参比电极。这些传感器还在低振幅交流电压下运行，从而防止电极上的法拉第过程，并且可以使用薄膜技术容易地小型化和集成。

虽然电导传感器具有某些益处，但是这种传感器的灵敏度经常受到使用聚合物作为传感元件的阻碍，这经常导致传感器表现出差的耐用性和差的长期稳定性。

作为直接电导传感器的替代方案，还开发了基于场效应晶体管的传感器。场效应晶体管是具有三个端子的装置，即源极、栅极和漏极。这些装置的工作原理是栅极的变化导致场效应，所述场效应改变源极和漏极之间的电导率。

例如，US 2010/2016256描述了一种生物传感器，其包括：基板、基板上的源电极、基板上的漏电极、和在源电极和漏电极之间的基板表面上的至少一个官能化纳米带，其中所述官能化纳米带具有连接至一个或多个检测器分子的化学官能化表面，所述检测器分子用于与待检测的生物分析物结合，从而通过分析物与连接至纳米带表面的一个或多个检测器分子的结合生成电场门控效应。该装置的工作原理是分子的结合改变了纳米带(栅极)的场效应，从而改变了源极和漏极之间的通路的电导率，并且可以监测电导率的变化。通常，该类型的装置有两个缺点。

首先，场效应晶体管通常是开启和关闭的，并且具有非线性响应的装置。在这些装置中，电阻不会以直线变化，因为它们通常具有小的线性响应区域，然后趋于平稳，这意味着所述装置难以在广泛的条件下使用。