CN101592626B

CN101592626B - 准一维金属氧化物纳米材料生物传感器及其制作方法

Info

Publication number: CN101592626B
Application number: CN 200910030340
Authority: CN
Inventors: 张蓓蓓; 苏瑞巩; 刘海滨; 李宁; 程国胜
Original assignee: Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Current assignee: Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2029-03-19
Also published as: CN101592626A

Abstract

本发明涉及准一维金属氧化物纳米材料生物传感器及制作方法，传感器包括硅片、生长于硅片上的二氧化硅氧化层、栅极、源极、漏极和微流体通道，由准一维金属氧化物半导体纳米材料连接源极和漏极，构成导电沟道。其工艺是：先合成准一维金属氧化物半导体纳米材料；再采用微纳光刻蚀标准工艺及自下而上的方法制作准一维金属氧化物半导体纳米材料及其阵列的场效应晶体管；利用聚二甲基硅氧烷制作出微流体通道；最后对准一维金属氧化物半导体纳米材料进行表面改性，通过自组装的方法修饰与目标分子结合的连接物单分子层，通过连接物分子在纳米材料表面连接生物分子，用以检测疾病的标志性分子。具有快速响应、灵敏度高、选择性强、无标记分子等特点。

Description

准一维金属氧化物纳米材料生物传感器及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种快速响应、高灵敏度、无标记准一维金属氧化物纳米材料生物传感器及其制备方法。

背景技术

随着社会的发展和科学的进步，生物、医学、环境、国防、反恐等领域要求更加快速，简单和准确地检测待测样品中的微量物质，实现疾病的预防和早期诊断，新型药物的研制和筛选，大气、水等环境系统中有毒有害气体和毒素等污染物的实时监测和预警，生化武器的高灵敏度探测，爆炸物的定性检测等。

其中，人类重大疾病的快速诊断是人类面临的一项重大课题，如癌症、肝病、心脑血管疾病、急性胰腺炎等发病快、致死率高的疾病，早确诊早治疗将为患者的生命延续提供保证。目前，重大疾病检测主要依靠免疫生化检测并辅以CT、核磁共振、心电图等物理手段，其检测时效性、灵敏度、检测效率均有一定的局限性，如检测耗时长，往往需要几个小时以上，需要标记分子来实现信号的读取，而且对样品数量有一定的要求，灵敏度还有待提高等，应用范围有限。

近年来，纳米科学与纳米技术的兴起，对重大疾病的临床快速诊断提供了机遇。国内外学者经过十多年的广泛深入研究，在准一维纳米材料的可控生长，结构表征，器件制作及表征，特别是准一维的纳米管/纳米线场效应晶体管纳米电子器件对环境生物、化学分子响应的高度敏感性方面，取得了一定的进展。因此，将纳米科学与现有的诊断手段很好的结合起来，可以为重大致命性疾病的诊断提供新的方法并实现对现有方法的重大改进。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种快速响应、高灵敏度、无标记准一维金属氧化物纳米材料生物传感器及制作方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

准一维金属氧化物纳米材料生物传感器，包括硅片、生长于硅片上的二氧化硅氧化层、栅极、源极、漏极和微流体通道，特点是：由准一维金属氧化物半导体纳米材料连接源极和漏极，构成导电沟道；所述准一维金属氧化物半导体纳米材料的表面通过自组装修饰有与目标分子结合的连接物单分子层，所述连接物单分子层与生物探针分子连接；另外，由所述微流体通道掩盖栅极、源极和漏极。

进一步地，上述的准一维金属氧化物纳米材料生物传感器，所述准一维金属氧化物半导体纳米材料为单根或者是由多根组成的阵列。

更进一步地，上述的准一维金属氧化物纳米材料生物传感器，所述准一维金属氧化物半导体纳米材料是纳米线、或纳米棒、或纳米管、或纳米带。

更进一步地，上述的准一维金属氧化物纳米材料生物传感器，所述准一维金属氧化物半导体纳米材料由ZnO、TiO₂、In₂O₃、GeO₂中的至少两种金属氧化物半导体构成。

再进一步地，准一维金属氧化物纳米材料生物传感器的制作方法，包括以下步骤：

(1)合成准一维金属氧化物半导体纳米材料；

(2)采用微纳光刻蚀标准工艺及自下而上的方法制作准一维金属氧化物半导体纳米材料及其阵列的场效应晶体管；

(3)利用聚二甲基硅氧烷制作出微流体通道；

(4)对准一维金属氧化物半导体纳米材料进行表面改性，通过自组装的方法修饰与目标分子结合的连接物单分子层，通过连接物分子在纳米材料表面连接生物分子，用以检测疾病的标志性分子。

再进一步地，上述的准一维金属氧化物纳米材料生物传感器的制作方法，所述准一维金属氧化物半导体纳米材料的合成采用溶剂热方法或CVD方法合成。

再进一步地，上述的准一维金属氧化物纳米材料生物传感器的制作方法，所述采用微纳光刻蚀标准工艺及自下而上的方法制作准一维金属氧化物半导体纳米材料及其阵列的场效应晶体管，具体步骤为：

1)清洗硅片，并通过热生长的方法在硅片表面形成一层100～400纳米厚度的二氧化硅氧化层；

2)通过深紫外光刻的方法制作出背栅电极位置，用5∶1氢氟酸缓冲液腐蚀二氧化硅得到背栅；

3)将准一维金属氧化物半导体纳米材料用异丙醇制成悬液，将悬液放置于衬底上，随后使溶液蒸发，即将纳米材料固定于衬底之上；

4)先用深紫外曝光的方法，再溅射厚度为2000nm/10m/40nm的Al/Ni/Au金属层，得到栅极；用深紫外曝光的方法，得到源漏极位置，再溅射厚度为2000nm/10nm/50nm的Al/Ti/Au金属层，得到源极、漏极。

再进一步地，上述的准一维金属氧化物纳米材料生物传感器的制作方法，所述利用聚二甲基硅氧烷制作微流体通道，具体步骤为：

1)利用光刻的方法在器件上制作得到微流体通道模具；

2)将聚二甲基硅氧烷预聚体倒在微流通道模具上，浇筑模型，使之聚合；

3)将聚合好的聚二甲基硅氧烷转移到制作好的器件上，对准并键合。

再进一步地，上述的准一维金属氧化物纳米材料生物传感器的制作方法，所述准一维金属氧化物半导体纳米材料的表面改性，具体步骤为：

1)将器件依次在三氯乙烯、丙酮、乙醇中超声清洗，再将其放置于UV/O₃清洗机或O₂等离子体清洗机中清洗；

2)清洗干净的器件置于膦酸酯烷酸的二甲基亚砜溶液或甲醇溶液中室温放置24～48小时，在纳米材料表面实现功能基团的自组装层；

3)将器件放置于50～200nM的N-羟基琥珀酰亚胺与1-乙基-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺的水溶液中，使膦酸酯分子的端基与生物分子的基团反应，从而实现与抗体、DNA/RNA探针的连接。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

①本发明基于单根准一维纳米材料或准一维纳米材料阵列，采用半导体自下而上工艺方法制作准一维纳米材料的生物敏感器件，并进行表面改性及微流体通道的制作，用以检测重大致命性疾病的标志性分子；该传感器具有快速响应、灵敏度高、选择性强、无标记分子等显著优点；

②器件所使用的纳米材料可以使传感器的灵敏度及检测速度得到显著提高，本发明FET可以作为快速响应的高灵敏度无标记金属氧化物纳米材料生物传感器，其检测快速，可在10分钟内完成，检测灵敏度可比现有的纳米级别检测手段提高10³-10⁶倍，检测过程无需使用荧光分子或者显色分子等标记物，极大缩短样品制备及处理时间；

③在单根纳米材料FET的基础上进行集成，制成可以多通道同时检测多种标志物的FET型生物传感器；

④在衬底上通过光刻蚀以及干法、湿法腐蚀相结合的方法，采用自下而上的技术路线，制备掺杂可控的、可重复性好、可制造性高、互补型的准一维金属氧化物纳米材料阵列体系；将所有金属电极用PDMS材料保护起来，使待测样品仅通过微流体通道与准一维纳米材料或纳米材料阵列接触，可有效防止在检测过程中金属电极对检测结果的影响；

⑤本发明结合了纳米技术与生物技术，将准一维纳米材料晶体管器件对外界环境中的生物分子的高度灵敏电子学响应特性与DNA、RNA、蛋白质等生物分子互补结合的高度特异性整合到一起，使纳米生物传感器件的灵敏度、检测速度等得到提高，应用范围更加广泛。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明制作的FET结构示意图；

图2：实施例1和2中FET制作流程的第一步的示意图；

图3：实施例1和2中FET制作流程的第二步的示意图；

图4：实施例1和2中FET制作流程的第三步的示意图；

图5：实施例1和2中FET制作流程的第四步的示意图；

图6：实施例1中检测DNA/RNA的示意图；

图7：实施例2中器件的集成示意图。

图中各附图标记的含义见下表：

附图标记	含义	附图标记	含义	附图标记	含义
						1	硅片	2	二氧化硅氧化层	3	栅极
4	准一维金属氧化物半导体纳米材料	5	源极	6	漏极
						7	微流体通道	A	DNA/RNA	B	抗原/抗体

具体实施方式

本发明提供了一种准一维纳米材料FET型纳米生物传感器件及其制造方法，通过使用单根准一维纳米材料或准一维纳米材料阵列，制作出快速、灵敏度高、选择性强、无标记分子的准一维纳米材料的生物敏感器件。

基于准一维金属氧化物半导体纳米材料及其阵列的场效应晶体管(FET)型生物传感器，如图1所示，包括硅片1、生长于硅片上的二氧化硅氧化层2、栅极3、经过表面改性的准一维金属氧化物半导体纳米材料4、源极5、漏极6、纳米材料上连接的生物分子(DNA/RNA，抗原/抗体B)和PDMS微流体通道7。其中，硅片衬底1为单晶硅，厚度为300-600um，在硅片上生长一层二氧化硅氧化层2，厚度为100-400纳米。栅极3为背栅，采用微纳光刻蚀标准工艺在硅片衬底上制作出图案，沉积金属电极而制成。源极5、漏极6采用微纳光刻蚀标准工艺在硅片衬底上制作出图案，沉积金属电极而制成。源极5和漏极6由准一维金属氧化物半导体纳米材料或纳米材料阵列连接，准一维金属氧化物半导体纳米材料4作为导电沟道。准一维金属氧化物半导体纳米材料4可以是单根或者是由多根纳米材料组成的阵列。准一维金属氧化物半导体纳米材料4可以是纳米线、纳米棒、纳米管、纳米带，纳米材料的直径为几纳米至一百纳米。材料由选自ZnO、TiO₂、In₂O₃、GeO₂等金属氧化物半导体构成。PDMS微流体通道使目标分子仅与纳米材料接触，PDMS微流体通道通过光刻蚀方法制成，目的在于减少漏电流。准一维金属氧化物半导体纳米材料4的表面通过自组装修饰了可以与目标分子结合的连接物单分子层，连接物为膦酸酯烷酸，分子式为X(CH₂)_nPO₃H₂，n＝3-20，尾端基团X可以是如下基团：-OH、-CHO、-COOH、-SH、-NH₂。生物探针分子与连接物连接后用来检测目标分子。纳米材料表面的连接物可以与目标分子(DNA、RNA、抗体)结合。由于所使用纳米材料的特性、生物分子的专一性、输出电导变化的有无及强弱，对重大致命性疾病的标志分子进行高灵敏度、高选择性、快速、无标记的检测。

FET型生物传感器制作集成的详细工艺步骤是：

(1)准一维金属氧化物半导体纳米材料的合成：采用溶剂热或CVD方法，溶剂热的方法为称取一定量、一定比例的反应物，快速搅拌，清洗后于高压釜中反应16-24小时；CVD方法实现准一维纳米材料的可控生长基于气-液-固(VLS)生长机理，以金属纳米颗粒为催化剂并控制准一维金属氧化物纳米材料的直径，在高温条件下，反应原料发生化学气相沉积反应，生长出高纯度单晶态的准一维金属氧化物半导体纳米材料。

(2)采用微纳光刻蚀标准工艺及自下而上的方法制作准一维金属氧化物半导体纳米材料及其阵列的场效应晶体管(FET)：即首先清洗硅片，并通过热生长的方法在硅片1表面形成一层100-400纳米厚度的二氧化硅氧化层2；再通过深紫外光刻的方法制作出背栅电极位置，用5∶1氢氟酸缓冲液腐蚀二氧化硅得到背栅；将准一维金属氧化物纳米材料用异丙醇制成悬液，将悬液放置于衬底上，随后使溶液蒸发，即可将纳米材料固定于衬底之上；用深紫外曝光的方法，再通过溅射厚度为2000nm/10m/40nm的Al/Ni/Au金属层得到栅极；用深紫外曝光的方法，得到源漏极位置，再通过溅射厚度为2000nm/10nm/50nm的Al/Ti/Au得到源极5、漏极6。

(3)利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)制作出微流体通道：即先利用光刻的方法在器件上制作得到微流体通道模具；再将PDMS预聚体倒在微流通道模具上，浇筑模型，使之聚合；最后将聚合好的PDMS转移到制作好的器件上，对准并键合。

(4)对准一维金属氧化物半导体纳米材料进行表面改性，通过自组装的方法修饰了可以与目标分子结合的连接物单分子层，通过连接物分子可以在纳米材料表面连接生物分子，用以检测疾病的标志性分子；即先将器件依次在三氯乙烯，丙酮，乙醇中超声清洗，再将其放置于UV/O₃清洗机或O₂plasma清洗机中清洗；清洗干净的器件置于一定浓度的膦酸酯烷酸(分子式为X(CH₂)_nPO₃H₂，n＝3-20，X＝-OH、-CHO、-COOH、-SH、-NH₂)的二甲基亚砜溶液或甲醇溶液中室温放置24-48小时，此时已在纳米材料表面实现了功能基团的自组装层；最后将器件放置于50-200nM的N-羟基琥珀酰亚胺(N-hydroxysuccinimide，NHS)与1-乙基-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺[1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide，EDC]等一些交联剂的水溶液中，使膦酸酯分子的端基与生物分子的基团反应从而实现与抗体、DNA/RNA探针的连接；用于与目标分子的结合。

基于准一维金属氧化物半导体纳米材料以及其阵列的场效应晶体管(FET)型生物传感器，包括采用溶剂热或CVD方法实现准一维金属氧化物半导体纳米材料的生长，光刻蚀方法实现FET场效应晶体管的制作及组装，采用分子自组装的方法在纳米材料表面组装一层接枝分子，再将与目标物互补结合的特异性生物分子结合其上，实现纳米材料表面的改性。

利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)制作出多微流体通道。先利用光刻的方法在器件上制作得到微流体通道模具。将PDMS预聚体倒在微流通道模具上，浇筑模型，使之聚合。将聚合好的PDMS转移到制作好的器件上，对准并键合。

纳米材料晶体管表面功能化修饰：1)用合适的酸性或碱性溶液，采用湿性腐蚀法完全去除纳米材料表面的非晶态氧化层后，通过分子自组装的方法，用含有多个烷基的羧基膦酸酯与纳米材料接合，在纳米材料表面形成自组装分子层(self-assembled monolayer)，再用N-羟基琥珀酰亚胺(N-hydroxysuccinimide，NHS)与1-乙基-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺[1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide，EDC]，使膦酸酯分子的羧基端形成琥珀酰亚胺的活化形式，即可以与蛋白质分子的氨基反应从而实现与抗体的连接。若有必要，可以借助蛋白A(Protein A)实现抗体分子的定向化排列，提高检测的效率。2)将约20个碱基序列的寡聚核苷酸(单链DNA分子或RNA探针)端基巯基化，在室温条件下经过一段时间的反应，羧基磷酸酯末端的羧基功能团与EMCS连接形成马来酰亚胺的活化形式，通过其双键的桥梁作用，将核苷酸以共价键键合的方式结合到纳米材料的表面。

准一维金属氧化物纳米材料生物传感器是采用自下而上的技术路线，标准微纳器件加工方法，外加同上PDMS微流体通道，以及病毒DNA探针和心肌梗死、急性胰腺炎的生化标志蛋白的结合，目标DNA和抗原检测，制造检测快速、灵敏度高、无标记分子的生物传感器体系。检测时将一定浓度的样品加入到进样口中，经过一定的时间，被检测物质沿着微流体通道流动，并与纳米材料表面修饰上的生物分子结合，引起纳米材料电导的变化，信号的变化通过外围电路直观的显示出来，无须标记分子的帮助。

下面结合实例对本发明作进一步描述，但不应以此限制本发明的保护范围：

实施例1：

与DNA或RNA探针的结合用以检测病毒性疾病，如图6；具体工艺过程如图2～图5。

准一维金属氧化物半导体纳米材料制备以及器件制作：

采用溶剂热法合成TiO₂及ZnO纳米材料，取一定比例的反应物，快速搅拌，清洗后于高压釜中反应16-24小时。

基于VLS(气液固)生长机理，在石英管式炉内合适温度下通过控制在衬底上的Au或Ni催化剂颗粒的尺寸控制纳米线(ZnO或TiO₂)的直径，通过控制气体流速、气压、生长时间控制纳米线的长度，具体步骤如下：

1、用电子束蒸发方法在Si衬底上沉积一层约1-10nm的Au膜；

2、将325目的Zn粉(99.999％)均匀洒在石英舟上，将沉积有Au膜的Si衬底倒置于石英舟上方；

3、依次打开机械泵和分子泵将石英管反应腔抽真空值5×10^-3pa；

4、通入Ar和O₂的混合气(O₂比例为0.01％)至1atm，流量为200sccm升温至500-700℃反应1-2小时；

5、反应结束后将样品在200W超声机中超声5分钟即可得到单根ZnO纳米线。

6、采用微纳光刻蚀标准工艺，对氧化物纳米材料接触电极制作。

准一维金属氧化物纳米材料电子器件的制作：

1、二氧化硅生长，如图2所示；清洗硅片，并通过热生长的方法在硅片1表面形成一层100-400纳米厚度的二氧化硅氧化层2。

2、背栅制作，如图3所示；通过深紫外光刻的方法制作出背栅电极位置，用5∶1氢氟酸缓冲液腐蚀二氧化硅得到背栅。

3、纳米材料放置，如图4所示；将ZnO或TiO₂纳米材料用异丙醇制成悬液，将悬液放置于衬底上，随后使溶液蒸发，即可将纳米材料4固定于衬底之上。

4、电极制作，如图5所示；先用深紫外曝光的方法，再通过溅射厚度为2000nm/10m/40nm的Al/Ni/Au金属层得到栅极3；先用深紫外曝光的方法，得到源漏极位置，再通过溅射厚度为2000nm/10nm/50nm的Al/Ti/Au得到源极5、漏极6。

纳米材料表面改性：

1、10-膦酰基癸酸的制备(10-phosphonodecanoic acid，10PDA)：初始物为10-溴代癸酸(bromodecanoic acid，Sigma)，首先通过形成乙酯基从而将羧基端基保护起来，再与亚磷酸三乙酯反应，将磷酸基团接合到链的另一端，反应完成后，将产物置于浓盐酸中回流，过滤并用纯水充分清洗后数次重结晶，多次清洗干净在空气中干燥备用(所用的试剂均为分析纯)。

2、纳米材料表面的清洗：将器件依次在三氯乙烯、丙酮、乙醇中煮沸5min或进行超声清洗5min，再将其放置于UV/O₃清洗机中10min，或在O₂plasma中清洗3min-5min。

DNA探针分子表面结合：

1、清洗干净的器件置于0.1-0.5mM的10-膦酰基癸酸的(10-phosphonodecanoic acid，10PDA)二甲基亚砜(DMSO)溶液或甲醇溶液中室温放置36-48小时，或者在0.1mM的3-膦酰基丙酸(3-Phosphonopropionic acid，3PPA，Aldrich)水溶液中室温反应24-36小时，此时已在纳米材料表面实现了功能基团的自组装层。

2、氨基端基的DNA分子接合：将含有1μM的5’端修饰上氨基端基的DNA探针(经色谱柱纯化)和200nM EDC的0.1M MES(2-(N-吗啉基)乙磺酸)缓冲溶液(pH5，加入0.25M NaCl)加入到纳米材料表面，放置4-6小时，在缓冲液中将多余的DNA探针清洗干净，N₂吹干。

3、恒温37℃的摇床中放置20小时，室温冷却并存放过夜。

PDMS微流体通道的制作：

先制作掩模板，并在一片玻片上甩一层适当厚度的SU-8负胶，借助光刻技术制作微流体通道的模具，然后在模具上浇注PDMS，脱模后获得微流体通道。

实施例2：

心肌梗塞及急性胰腺炎快速诊断，如图7，具体工艺过程如图2～图5。

准一维金属氧化物半导体纳米材料制备以及器件制作：

采用溶剂热法合成TiO₂及ZnO纳米材料。取一定比例的反应物，快速搅拌，清洗后于高压釜中反应16-24小时。

采用微纳光刻蚀标准工艺，对氧化物纳米材料接触电极制作。

准一维金属氧化物纳米材料器件的制作工艺与集成：

5、如图7所示，实现器件的集成，满足同时检测多种目标物的要求。

纳米材料表面改性：

1、10-膦酰基癸酸的制备(10-phosphonodecanoic acid，10PDA)同实施例1中所述。

心肌梗死、急性胰腺炎等典型生化标志蛋白表面结合：

心肌肌钙蛋白抗体(cTnI Ab)或胰蛋白酶原激活肽(trypsinogenactivation peptide，TAP)抗体(TAPAb)结合

1、清洗干净的器件置于含有10-膦酰基癸酸的(10-phosphonodecanoicacid，10PDA)和3-膦酰基丙酸(3-Phosphonopropionic acid，3PPA，Aldrich)的二甲基亚砜(DMSO)溶液或甲醇溶液水溶液中室温反应24-48小时，此时已在纳米材料表面实现了功能基团的自组装层。

2、随后将器件放置于50/100nM NHS与100/200nM EDC的水溶液放置20-30分钟，用纯水清洗，N₂吹干。琥珀酰亚胺酯基团即与3-PPA的羧基端基相连接。

3、将器件放置于PrA(10mg/L)的PBS(10mM，pH7.4)溶液中2小时，。多余的NHS残基用乙醇胺(1M，pH9.0)封闭20分钟。接着在BSA(1％，w/v)的PBS(10mM，pH7.4)溶液浸泡中2小时，洗净吹干。

4、最后将器件放入cTnI Ab及TAPAb(0.07，0.1，1g/L)的PBS缓冲液中浸泡2小时，洗净吹干。

PDMS微流体通道的制作：

先制作掩模板，并在一片在玻片上甩一层适当厚度的SU-8负胶，借助光刻技术制作微流体通道的模具，然后在模具上浇注PDMS，脱模后获得微流体通道。

综上所述，器件所使用的纳米材料可以使传感器的灵敏度及检测速度得到显著提高。由于氧化物纳米材料的表面存在大量氧空位和悬键等不饱和键，当外界环境中的生物分子与纳米材料表面进行吸附及解附作用时，生物分子(如抗体、寡聚核苷酸)所携带的电荷将与纳米材料表面的电荷发生感应，纳米材料表面态的性质发生的改变将影响纳米材料的载流子浓度，从而改变了纳米材料的导电状态。这种导电状态的变化可以通过外围读出设备进行实时的动态的检测，使得本发明所述的FET可以作为快速响应的高灵敏度无标记金属氧化物纳米材料生物传感器。其检测快速，可在10分钟内完成，检测灵敏度可比现有的纳米级别检测手段提高10³-10⁶倍，检测过程无需使用荧光分子或者显色分子等标记物，极大缩短样品制备及处理时间。

器件的选择性通过生物分子的特异性互补亲合来实现。重大疾病的诊断主要基于与疾病的发生密切相关标志物的检测，如心肌梗死(AMI)标志物包括肌酸激酶(CK)及其同功酶MB(CKMB)、乳酸脱氢酶(LDH)、门冬氨酸氨基转移酶(AST)、心肌肌钙蛋白T(cTnT)、心肌肌钙蛋白I(cTnI)等。急性胰腺炎(AP)主要依赖于血淀粉酶(Bamy)、尿淀粉酶(Uamy)、血清脂肪酶(LP)、胰蛋白酶原激活肽(TAP)等标志物。通过各种标志物的单克隆抗体可实现对每种标志物的检测。病毒性疾病则可制备病毒DNA探针进行检测。同时，依赖于单一标志物的检测并不能完全确诊，需要同时检测多种标志物以提高检测的准确性。因此，在单根纳米材料FET的基础上进行集成，制成可以多通道同时检测多种标志物的FET型生物传感器。

通过CVD和溶剂热合成方法制备准一维纳米材料，CVD方法实现准一维纳米材料的可控生长基于气-液-固(VLS)生长机理，在高温条件下，借助于金属纳米颗粒催化剂，反应原料发生化学气相沉积反应，实现高纯度单晶态的半导体纳米材料和过渡金属氧化物纳米材料的生长。

在衬底上通过光刻蚀以及干法、湿法腐蚀相结合的方法，采用自下而上的技术路线，制备掺杂可控的、可重复性好、可制造性高、互补型的准一维金属氧化物纳米材料阵列体系。

通过对准一位纳米材料或纳米材料阵列进行分子自组装的表面功能化修饰，使其表面结合氨基、羧基、巯基等功能基团，并使得一定长度的寡聚核苷酸(单链DNA分子)或蛋白质分子通过纳米材料表面的氨基或羟基功能团及自组装分子层的桥梁作用，结合到纳米材料或纳米材料阵列的表面。

将所有金属电极用PDMS材料保护起来，使待测样品仅通过微流体通道与准一维纳米材料或纳米材料阵列接触，可有效防止在检测过程中金属电极对检测结果的影响。

本发明结合了纳米技术与生物技术，将准一维纳米材料晶体管器件对外界环境中的生物分子的高度灵敏电子学响应特性与DNA、RNA、蛋白质等生物分子互补结合的高度特异性整合到一起，使纳米生物传感器件的灵敏度，检测速度等得到提高，应用范围更加广泛。

需要理解到的是：上述说明并非是对本发明的限制，在本发明构思范围内，所进行的添加、变换、替换等，也应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种准一维金属氧化物纳米材料生物传感器的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）合成准一维金属氧化物半导体纳米材料；

（2）采用微纳光刻蚀标准工艺及自下而上的方法制作准一维金属氧化物半导体纳米材料及其阵列的场效应晶体管；

（3）利用聚二甲基硅氧烷制作出微流体通道；

（4）对准一维金属氧化物半导体纳米材料进行表面改性，通过自组装的方法修饰与生物探针分子结合的连接物单分子层，通过连接物分子在纳米材料表面连接生物探针分子，用以检测疾病的标志性分子。

2.根据权利要求1所述的准一维金属氧化物纳米材料生物传感器的制作方法，其特征在于：所述准一维金属氧化物半导体纳米材料的合成采用溶剂热方法或CVD方法合成。

3.根据权利要求1所述的准一维金属氧化物纳米材料生物传感器的制作方法，其特征在于：所述采用微纳光刻蚀标准工艺及自下而上的方法制作准一维金属氧化物半导体纳米材料及其阵列的场效应晶体管，具体步骤为：

1）清洗硅片，并通过热生长的方法在硅片表面形成一层100～400纳米厚度的二氧化硅氧化层；

2）通过深紫外光刻的方法制作出背栅电极位置，用5：1氢氟酸缓冲液腐蚀二氧化硅得到背栅；

3）将准一维金属氧化物半导体纳米材料用异丙醇制成悬液，将悬液放置于衬底上，随后使溶液蒸发，即将纳米材料固定于衬底之上；

4）先用深紫外曝光的方法，再溅射厚度为2000nm/10nm/40nm的Al/Ni/Au金属层，得到栅极；用深紫外曝光的方法，得到源漏极位置，再溅射厚度为2000nm/10nm/50nm的Al/Ti/Au金属层，得到源极、漏极。

4.根据权利要求1所述的准一维金属氧化物纳米材料生物传感器的制作方法，其特征在于：所述利用聚二甲基硅氧烷制作微流体通道，具体步骤为：

1）利用光刻的方法在器件上制作得到微流体通道模具；

2）将聚二甲基硅氧烷预聚体倒在微流通道模具上，浇筑模型，使之聚合；

3）将聚合好的聚二甲基硅氧烷转移到制作好的器件上，对准并键合。

5.根据权利要求1所述的准一维金属氧化物纳米材料生物传感器的制作方法，其特征在于：所述准一维金属氧化物半导体纳米材料的表面改性，具体步骤为：

1）将器件依次在三氯乙烯、丙酮、乙醇中超声清洗，再将其放置于UV/O₃清洗机或O₂等离子体清洗机中清洗；

2）清洗干净的器件置于膦酸酯烷酸的二甲基亚砜溶液或甲醇溶液中室温放置24～48小时，在纳米材料表面实现功能基团的自组装层；

3）将器件放置于50～200nmol/L的N-羟基琥珀酰亚胺与1-乙基-（3-二甲氨基丙基）碳二亚胺的水溶液中，使膦酸酯分子的端基与生物探针分子的基团反应，从而与抗体、DNA/RNA探针的连接。