CN103822947B - 使用容性传感器确定生物分子的等电点的方法和系统 - Google Patents

使用容性传感器确定生物分子的等电点的方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN103822947B
CN103822947B CN201310571375.9A CN201310571375A CN103822947B CN 103822947 B CN103822947 B CN 103822947B CN 201310571375 A CN201310571375 A CN 201310571375A CN 103822947 B CN103822947 B CN 103822947B
Authority
CN
China
Prior art keywords
value
capacitance
capacitor
voltage
target molecule
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310571375.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103822947A (zh
Inventor
A·阿夫扎利-阿尔达卡尼
C·P·帝米克
A·雅戈迪亚尼
S·扎法尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
Publication of CN103822947A publication Critical patent/CN103822947A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103822947B publication Critical patent/CN103822947B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G06F3/0445—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means using two or more layers of sensing electrodes, e.g. using two layers of electrodes separated by a dielectric layer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/221—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance by investigating the dielectric properties
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
    • G01N27/3275—Sensing specific biomolecules, e.g. nucleic acid strands, based on an electrode surface reaction
    • G01N27/3276—Sensing specific biomolecules, e.g. nucleic acid strands, based on an electrode surface reaction being a hybridisation with immobilised receptors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/4166—Systems measuring a particular property of an electrolyte
    • G01N27/4167—Systems measuring a particular property of an electrolyte pH
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/24—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/227—Sensors changing capacitance upon adsorption or absorption of fluid components, e.g. electrolyte-insulator-semiconductor sensors, MOS capacitors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

本发明涉及一种使用容性传感器确定生物分子的等电点的方法和系统。提供一种用于确定分子的等电点的机制。测量电容器的第一组电容-电压曲线。所述电容器包括衬底、介电层和导电溶液。在所述分子未与所述电容器的所述介电层上的功能化材料结合的情况下，针对所述溶液的pH值测量所述第一组曲线。当所述分子存在于所述溶液中时，测量所述电容器的第二组电容-电压曲线，其中所述分子与所述电容器的所述介电层的所述功能化材料结合。在每个pH值处，确定所述第二组曲线从所述第一组曲线的移位。当将所述移位与所述pH值相比较时，通过外推与移位电压为零对应的pH值而确定所述分子的所述等电点。

Description

使用容性传感器确定生物分子的等电点的方法和系统
技术领域
本发明涉及生物分子，更具体地说，涉及使用容性传感器确定生物分子的等电点。
背景技术
生物分子的等电点被定义为生物分子上的净电荷在该处为零的pH。它是蛋白质的主要属性，在纯化和溶解度中起着重要作用。等电点还用作蛋白质的识别标记。图1示出用于根据电泳确定等电点的典型方法和装备。在图1中，典型的装置需要高压（>50V）并且耗时（～2至16小时），因此成本高昂。典型的装置约为1平方英尺以便测量等电点。
发明内容
根据一个实施例，提供了一种确定目标分子的等电点的方法。所述方法包括测量电容器的第一多个电容-电压曲线。所述电容器包括衬底、介电层和导电溶液。在所述目标分子未与所述电容器的所述介电层上的功能化材料结合的情况下，针对所述导电溶液的多个pH值而测量所述第一多个电容-电压曲线。所述方法包括当所述目标分子存在于所述导电溶液中时，测量所述电容器的第二多个电容-电压曲线，其中所述目标分子与所述电容器的所述介电层的功能化材料结合。所述方法包括在所述多个pH值中的每个pH值处，确定所述第二多个电容-电压曲线从所述第一多个电容-电压曲线的移位，并且在将多个移位电压处的所述移位与所述多个pH值相比较时，通过外推与移位电压为零对应的pH值而确定所述目标分子的所述等电点。
根据一个实施例，提供了一种用于确定目标分子的等电点的系统。所述系统包括在衬底上布置的介电层、所述介电层上的功能化材料和所述介电层上的导电溶液。所述衬底、所述介电层和所述导电溶液形成电容器。所述系统包括所述导电溶液中的第一触点和所述衬底上的第二触点。经由所述第一触点和所述第二触点测量所述电容器的第一多个电容-电压曲线。在所述目标分子不存在于所述电容器的所述导电溶液中的情况下，针对所述导电溶液的多个pH值而测量所述第一多个电容-电压曲线。当所述目标分子存在于所述导电溶液中时，经由所述第一触点和所述第二触点测量所述电容器的第二多个电容-电压曲线，其中所述目标分子与所述电容器的所述介电层的顶面上的所述功能化材料结合。在所述多个pH值中的每个pH值处，经由测试设备确定所述第二多个电容-电压曲线从所述第一多个电容-电压曲线的移位。在将多个移位电压处的所述移位与所述多个pH值相比较时，通过外推与移位电压为零对应的pH值而经由所述测试设备确定所述目标分子的所述等电点。
根据一个实施例，提供了一种用于确定目标分子的等电点的非瞬时性计算机程序产品。所述计算机程序产品包括计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质具有随其包含的程序代码。所述程序代码可由处理电路执行以便执行一种方法，所述方法包括测量电容器的第一多个电容-电压曲线，其中所述电容器包括衬底、介电层和导电溶液。在所述目标分子不存在于所述电容器的所述导电溶液中的情况下，针对所述导电溶液的多个pH值而测量所述第一多个电容-电压曲线。所述方法包括当所述目标分子存在于所述导电溶液中时，测量所述电容器的第二多个电容-电压曲线，其中所述目标分子与所述电容器的所述介电层的顶面结合。所述方法包括在所述多个pH值中的每个pH值处，确定所述第二多个电容-电压曲线从所述第一多个电容-电压曲线的移位，并且在将多个移位电压处的所述移位与所述多个pH值相比较时，通过外推与移位电压为零对应的pH值而确定所述目标分子的所述等电点。
通过本发明的技术实现其它特性和优点。在此详细描述了本发明的其它实施例和方面，并且这些实施例和方面被视为要求保护的本发明的一部分。为了更好地理解本发明以及优点和特性，参考说明书和附图。
附图说明
在说明书结尾处的权利要求中具体指出并明确要求保护了被视为本发明的主题。从下面结合附图的详细描述，本发明的上述和其它特性和优点将变得显而易见，这些附图是：
图1示出用于根据电泳确定等电点的典型方法和装备；
图2是根据一个实施例的电容器设备的截面图；
图3A和3B共同描述根据一个实施例的本发明的过程流；
图4是根据一个实施例的在设备中存在和不存在分子的情况下，在不同pH值处的电容-电压曲线的图；
图5是根据一个实施例的依据导电溶液的不同pH值而绘制的电容-电压曲线的图；
图6是根据一个实施例的确定分子的等电点的方法。
具体实施方式
本发明的一个实施例提供一种容性技术，该技术使用在硅上沉积的覆盖介电薄膜作为传感器电容器设备以便测量目标分子的等电点。容性传感器技术快速、成本低廉并且小型化（例如，仅几个平方毫米（mm2）的面积）。此外，传感器设备使用低压（<1.5V）并且需要较小的蛋白质样本体积（<30μL）。该传感器可以轻松与CMOS（互补金属氧化物半导体）技术集成以形成用于测量等电点的便携低功率的设备。
所述实施例示出一种备选方法，以便使用在硅上生长的覆盖SiO2/HfO2薄膜作为介电层来测量蛋白质的等电点。还可以使用其它介电层。通过在目标分子与介电表面结合之前和之后进行测量来测量等电点。所述方法灵敏、廉价并且小型化。
现在转到附图，图2是根据一个实施例的电容器设备200的截面图。设备200是电容器并且作为电容器工作。当分子在设备200中时，设备200可以作为传感器工作以便确定该分子的等电点，如在此讨论的那样。
设备200包括衬底205。用于衬底205的材料可以包括硅（Si）。可以在衬底205上沉积介电层210。在一种情况下，可以在硅衬底205上生长介电层210，并且介电层210可以包括二氧化硅（SiO2）。在一种情况下，可以在介电层210上沉积另一个介电层215。介电层215可以是氧化铪（HfO2）。此外，介电层230示出可以使用相同的介电材料（例如，单一介电薄膜）或者不同的材料（例如，多个介电薄膜）。例如，介电层230可以是SiO2、HfO2、Al2O3和/或双层的两个不同介电薄膜。在此处讨论的实验中，使用SiO2（2nm）和HfO2（4nm）的叠层作为介电层230，并且HfO2层与导电溶液225接触。
此外，可以使用材料235功能化介电层215，材料235被配置并设计为在测试期间与目标分子255结合。在此进一步讨论实例功能化材料235和目标分子255。
设备200包括储存器（holder）220，其在操作上附接到介电层215。储存器220可以是密封到介电层215的塑料容器，并且储存器220具有面向介电层215的顶面的开口（在其底部处）。储存器220包含导电溶液225，并且介电层215作为储存器220的底部。导电溶液225可以是电解质溶液（即，缓冲溶液）。在测试期间，导电溶液225包含被测试的分子255。触点/电极240在导电溶液225中。触点/电极240和衬底背面触点245连接到电子设备250以便测量电容-电压曲线。
衬底205上的介电层230形成MOS（金属氧化物半导体）电容器设备200，并且溶液225作为顶栅。在设备200中，电极240电容（在触点240和245之间）显著大于介电薄膜电容。
提供一个实例以示出如何使用设备200作为传感器以便确定目标分子255的等电点。出于解释目的而并非限制，目标分子255是中性亲和素（neutravidin）蛋白质并且功能化材料235是生物素（biotin），因为中性亲和素蛋白质（分子255）以高特异性结合到生物素。转到图3A和3B，提供流程图300以便在设备200中确定分子255（其为中性亲和素蛋白质）的等电点。
在方框302，作为功能化材料235的生物素使用自组装方法，在介电层215的HfO2表面上进行自组装。分子自组装是分子据以采用定义的布置而无需来自外部源的指导或管理的过程。
电子设备250的电压源向连接到设备200的电极240和衬底背面触点245施加偏置电压，并且针对施加的每个电压测量电容。例如，在方框304，在导电溶液225的不同pH值（例如，pH值6.9、6.3、4.7）处跨越衬底205、介电层210、介电层215、功能化材料235和溶液225（Si/SiO2/HfO2/生物素/溶液结构）测量（经由电极240和245）电容-电压曲线（C-V曲线）。换言之，溶液225连续改变为每个标识的pH值，并且在每个pH值处针对施加的电压范围测量电容。此时，目标分子255未在溶液225中。
在方框306，将中性亲和素蛋白质（目标分子255）添加到溶液225中，并且允许中性亲和素蛋白质被培养几分钟。在该时间内，中性亲和素蛋白质（目标分子255）扩散并且依附到与溶液225接触的功能化（生物素）表面235。
在方框308，在目标分子255依附到功能化表面235之后，再次在标识的相同pH值处分别测量电容-电压曲线（C-V曲线）（如上面在方框304测量的那样）。如上所述，在中性亲和素蛋白质与生物素结合期间，导电溶液225改变为相应的pH值并在溶液225的不同pH值（例如，pH值6.9、6.3、4.7）处测量电容-电压曲线（C-V曲线）。
图4是由计算机250测量的每个pH值处的电容-电压曲线（C-V曲线）的图400。y轴示出测量的电容（C），以毫微法拉（nF）为单位。x轴示出施加的电压，以伏特（V）为单位。
当溶液225的pH值为4.7时针对进行的电容测量绘制曲线405。对于两个曲线405，实线404对应于生物素（功能化材料235）覆盖介电层215而目标分子255未与生物素结合的电容。虚线402对应于在中性亲和素结合（即，中性亲和素蛋白质分子与生物素覆盖的表面（即，功能化材料235）结合）之后的电容测量。
当溶液225的pH值为6.3时针对进行的电容测量绘制曲线410。对于两个曲线410，实线408对应于生物素（功能化材料235）覆盖介电层215而不存在目标分子255的电容。虚线406对应于在中性亲和素结合（即，中性亲和素蛋白质与生物素结合）之后的电容测量。
当溶液225的pH值为6.9时针对进行的电容测量绘制曲线415。对于两个曲线415，实线414对应于生物素（功能化材料235）覆盖介电层215的电容。虚线412对应于在中性亲和素结合（即，中性亲和素蛋白质与生物素结合）之后的电容测量。
在图4中，当中性亲和素蛋白质（目标分子255）与生物素（材料235）结合时，C-V曲线405、410和415（由计算机250在每个相应的pH值处测量）的图移位。
当中性亲和素蛋白质（目标分子255）上的电荷为负时，虚曲线（例如，虚曲线406和412）分别移位到实曲线408和414的右侧。
但是，当中性亲和素蛋白质（目标分子255）上的电荷为正时，虚曲线（例如，虚曲线402）移位到实曲线404的左侧。
继续图3B中的流程图300，在方框310，在添加中性亲和素蛋白质之后，测量处于或接近平带电容时的电容-电压曲线（C-V曲线）的移位（例如，作为每个个体pH值处，在实线和相应曲线的C-V曲线之间沿着电压轴的移位），并且该移位称为平带电压变化（δVfb）。所属技术领域的技术人员将理解在此讨论的平带电容和平带电压。
在方框312，相对于在x轴上（被测试的）溶液225的pH值，在y轴上绘制测量的δVfb电压值，并且使用下面图5中所示的线性拟合对数据进行拟合。
在方框314，（例如，由计算机250）使用与数据的线性拟合来外推对应于δVfb=0（即，对于目标分子255，图4中的虚线和实线之间的移位/差异为0）的pH值。此外推的pH值是中性亲和素蛋白质的等电点的度量。
图5是C-V曲线的图500，其绘制为x轴上的导电溶液225的pH值（可以由计算机250执行）相对于y轴上的平带电压变化（即，分别为曲线402和404、曲线406和408以及曲线412和414之间的移位）的函数。每个符号/点505、510和515是从C-V曲线405、410和415测量的数据。
在图5中，在接近于平带电容（Cfb）值的固定电容处估计数据点505、510和515的平带电压（δVfb）。在实例测试测量中，Cfb=12nF（毫微法拉）。对于数据点505，δVfb的大小（被示出为大小约为8mV）是从图4获得的沿着x轴的电容-电压曲线移位。当虚曲线相对于实曲线向左移位时，则为δVfb指定负值。因此，在图5中数据点505的平带电压约为-8mV。
对于数据点515，δVfb的大小（被示出为大小约为7.2V）是从图4获得的沿着x轴的C-V曲线移位。当虚曲线相对于实曲线向右移位时，则为δVfb指定正值。因此，数据点515的平带电压约为+7.2mV。
在图500中绘制符号/点之后，应用作为到符号/点505、510和515的线性拟合的直线520。从直线520示出的线性拟合，当pH为值6.22时，平带电压移位为零。因此，估计的中性亲和素蛋白质等电点是pH值6.22，该值好于常规方法测量的为6.3的pH值。
应该注意，用于确定分子255的等电点的过程可以是经由电容器设备200和电子设备250执行的手动、半自动和/或自动过程。可以添加泵和贮存器并且由电子设备250（和/或操作人员）控制它们以便自动针对pH值测量电容，冲刷溶液225，添加分子255，并且在存在分子255的情况下测量电容。电子设备250可以被配置为在溶液225中具有分子255（即，与介电层215的功能化材料235结合）和没有分子255的情况下持续执行测量，直到已测试每一个所需的pH值。
如在此讨论的，所述实施例示出一种用于测量蛋白质（或任何分子255）的等电点的更好方法。目标蛋白质必须与介电表面结合，并且这可以通过使表面功能化来实现。在其中样本溶液包含许多不同类型的蛋白质的情况下，必须使介电表面功能化以便它与目标蛋白质特异地结合。在其中样本溶液仅包含目标蛋白质的情况下，则应针对非特异结合而使表面功能化。
图6是根据一个实施例的确定分子255的等电点的方法600。可以参考图1-5。
在方框602，电子设备250（例如，测试设置设备）测量电容器设备200的第一多个电容-电压曲线（例如，实曲线404、408、414），并且电容器设备200包括衬底205、介电层230和导电溶液225。
在方框604，在电容器设备200的导电溶液225中不存在分子255的情况下，针对导电溶液225的多个pH值（例如，pH值6.9、6.3、4.7）测量（经由计算机250）第一多个电容-电压曲线。
在方框606，当导电溶液225中存在分子255时，由计算机250测量电容器设备200的第二多个电容-电压曲线（例如，虚曲线402、406、412），并且分子255与电容器设备200的介电层230的顶面结合（例如，与功能化材料235结合）。
在方框608，在每个相应pH值（pH值6.9、6.3、4.7）处，由计算机250确定/测量第二多个电容-电压曲线从第一多个电容-电压曲线的移位。
当将多个移位电压（例如，y轴上的电压）处的移位与多个pH值（例如，x轴上的pH值）相比较时，通过外推与移位电压为零（例如，平带电压变化δVfb为0）对应的pH值（例如，图5中的6.22），（由计算机250）确定分子的等电点。
在所述方法中，通过电连接到导电溶液225的第一触点240和电连接到电容器设备200的衬底205的第二触点245，测量电容器设备200的第一多个电容-电压曲线。
在所述方法中，通过电连接到导电溶液225的第一触点240和电连接到电容器设备200的衬底205的第二触点245，测量电容器设备200的第二多个电容-电压曲线。
在所述方法中，通过在多个pH值中的每个pH值处，（例如，由计算机250）确定第一多个电容-电压曲线和第二多个电容-电压曲线中的每一个之间的平带电压变化，实现在多个pH值中的每个pH值处，确定第二多个电容-电压曲线从第一多个电容-电压曲线的移位。
在所述方法中，通过（由计算机250）针对多个移位电压与多个pH值绘制点（例如，点505、510、515），实现通过外推与移位电压为零对应的pH值来确定分子的等电点。所述方法包括应用线性拟合作为与针对多个移位电压与多个pH值绘制的点拟合的直线（例如，直线520）。所述方法包括（例如，由计算机250）将分子255的等电点确定为直线520与等于零的移位电压交叉时的pH值。
在所述方法中，多个移位电压对应于针对电容器设备200测试的多个pH值中的每个pH值处的平带电压变化。在介电层230的顶部表面上施加功能化材料235（例如，生物素），并且功能化材料235被配置为与分子255结合。
介电层230可以具有双层介电材料（例如，介电层210和215），或者介电层230可以是单一介电材料。在所述方法中，导电溶液225是电容器设备200的端子240的顶栅，并且衬底205是电容器设备200的本体端子245。
在所述方法中，当分子255上的电荷相对于被测试的pH值而言为负时，第二多个电容-电压曲线向第一多个电容-电压曲线的右侧（例如，虚曲线406和412）移位。此外，当分子255上的电荷相对于被测试的pH值而言为正时，第二多个电容-电压曲线向第一多个电容-电压曲线的左侧（例如，虚曲线402）移位。
此外，关于电子设备250（例如，作为用于测试和分析的计算机测试设置设备），电子设备250可以实现一个或多个电压源，并且可以实现、控制和/或调节连接到设备200的电压源施加的电压。电子设备250可以实现测试设备，以便控制和/或调节电容测量和当前（电流）测量（针对各种施加的电压），如所属技术领域的技术人员理解的那样。
在此讨论的各种方法、过程、模块、流程图、工具、应用、电路、元件和技术还可以引入和/或使用电子设备250的能力。可以使用电子设备250的一个或多个能力来实现、连接到和/或支持在此处图1-6中讨论的任何元件（如所属技术领域的技术人员理解的那样）。例如，电子设备250可以是包括电压源、安培计、电容计等的任何类型的测试设备，以进行在此讨论的测试和分析。电子设备250可以包括和/或耦合到电缆、插座、电线、电极、膜片钳等。电子设备250可以包括处理电路以便执行根据在此讨论的方法的指令。
在此使用的术语只是为了描述特定的实施例并且并非旨在作为本发明的限制。如在此使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在同样包括复数形式，除非上下文明确地另有所指。还将理解，当在此说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定了声明的特性、整数、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但是并不排除一个或多个其它特性、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其组的存在或增加。
下面权利要求中的对应结构、材料、操作以及所有功能性限定的装置或步骤的等同替换，旨在包括任何用于与在权利要求中具体指出的其它元件相组合地执行该功能的结构、材料或操作。出于示例和说明目的给出了对本发明的描述，但所述描述并非旨在是穷举的或是将本发明限于所公开的形式。在不偏离本发明的范围和精神的情况下，对于所属技术领域的普通技术人员来说许多修改和变化都将是显而易见的。实施例的选择和描述是为了最佳地解释本发明的原理和实际应用，并且当适合于所构想的特定使用时，使得所属技术领域的其它普通技术人员能够理解本发明的具有各种修改的各种实施例。
在此示出的流程图只是一个实例。在此描述的这些图或步骤（或操作）可以存在许多变化而不偏离本发明的精神。例如，可以按不同的顺序执行步骤，或者可以添加、删除或修改步骤。所有这些变化都被视为要求保护的本发明的一部分。
尽管描述了本发明的优选实施例，但所属技术领域的技术人员将理解的是，可以在现在和将来进行各种落入下面权利要求范围的改进和增强。这些权利要求应该被解释为维护对首先描述的本发明的正确保护。

Claims (20)

1.一种确定目标分子的等电点的方法，所述方法包括：
测量电容器的第一多个电容-电压曲线，所述电容器包括衬底、介电层和导电溶液；
其中在所述目标分子未与所述电容器的所述介电层上的功能化材料结合的情况下，针对所述导电溶液的多个pH值而测量所述第一多个电容-电压曲线；
当所述目标分子存在于所述导电溶液中时，测量所述电容器的第二多个电容-电压曲线，其中所述目标分子与所述电容器的所述介电层的所述功能化材料结合；
在所述多个pH值中的每个pH值处，确定所述第二多个电容-电压曲线从所述第一多个电容-电压曲线的移位；以及
在将多个移位电压处的所述移位与所述多个pH值相比较时，通过外推与移位电压为零对应的pH值而确定所述目标分子的所述等电点。
2.根据权利要求1的方法，其中经由连接到所述导电溶液的第一触点和连接到所述电容器的所述衬底的第二触点而测量所述电容器的所述第一多个电容-电压曲线。
3.根据权利要求1的方法，其中经由连接到所述导电溶液的第一触点和连接到所述电容器的所述衬底的第二触点而测量所述电容器的所述第二多个电容-电压曲线。
4.根据权利要求1的方法，其中在所述多个pH值中的每个pH值处，确定所述第二多个电容-电压曲线从所述第一多个电容-电压曲线的移位包括：在所述多个pH值中的每个pH值处，确定所述第一多个电容-电压曲线和所述第二多个电容-电压曲线中的每一个之间的平带电压变化。
5.根据权利要求1的方法，其中通过外推与移位电压为零对应的pH值而确定所述目标分子的所述等电点包括针对所述多个移位电压与所述多个pH值而绘制点。
6.根据权利要求5的方法，还包括应用线性拟合作为拟合针对所述多个移位电压与所述多个pH值而绘制的所述点的直线。
7.根据权利要求6的方法，还包括将所述目标分子的所述等电点确定为所述直线与等于零的所述移位电压交叉时的pH值。
8.根据权利要求1的方法，其中所述多个移位电压对应于所述电容器在所述多个pH值中的每个pH值处的平带电压变化。
9.根据权利要求1的方法，其中在所述介电层的顶面上施加所述功能化材料。
10.根据权利要求9的方法，其中所述功能化材料被配置为与被测试的所述目标分子结合。
11.根据权利要求1的方法，其中所述介电层包括双层介电材料。
12.根据权利要求1的方法，其中所述介电层包括单一介电材料。
13.根据权利要求1的方法，其中所述导电溶液是所述电容器的顶栅端子。
14.根据权利要求1的方法，其中所述衬底是所述电容器的本体端子。
15.根据权利要求1的方法，其中当所述目标分子上的电荷针对被测试的所述多个pH值之一而言为负时，所述第二多个电容-电压曲线移位到所述第一多个电容-电压曲线的右侧。
16.根据权利要求1的方法，其中当所述目标分子上的电荷针对被测试的所述多个pH值之一而言为正时，所述第二多个电容-电压曲线移位到所述第一多个电容-电压曲线的左侧。
17.一种用于确定目标分子的等电点的系统，所述系统包括：
介电层，其布置在衬底上；
功能化材料，其在所述介电层上；
导电溶液，其在所述介电层上，所述衬底、所述介电层和所述导电溶液形成电容器；
第一触点，其在所述导电溶液中；以及第二触点，其在所述衬底上；
其中经由所述第一触点和所述第二触点测量所述电容器的第一多个电容-电压曲线；
其中在所述目标分子不存在于所述电容器的所述导电溶液中的情况下，针对所述导电溶液的多个pH值而测量所述第一多个电容-电压曲线；
其中当所述目标分子存在于所述导电溶液中时，经由所述第一触点和所述第二触点而测量所述电容器的第二多个电容-电压曲线，其中所述目标分子与所述电容器的所述介电层的顶面上的所述功能化材料结合；
其中在所述多个pH值中的每个pH值处，经由测试设备确定所述第二多个电容-电压曲线从所述第一多个电容-电压曲线的移位；以及
其中在将多个移位电压处的所述移位与所述多个pH值相比较时，通过外推与移位电压为零对应的pH值而经由所述测试设备确定所述目标分子的所述等电点。
18.根据权利要求17的系统，其中通过外推与移位电压为零对应的pH值而确定所述目标分子的所述等电点包括：经由所述测试设备，针对所述多个移位电压与所述多个pH值而绘制点。
19.根据权利要求18的系统，其中应用线性拟合作为拟合经由所述测试设备针对所述多个移位电压与所述多个pH值而绘制的所述点的直线。
20.根据权利要求19的系统，其中将所述目标分子的所述等电点确定为所述直线与等于零的所述移位电压交叉时的pH值。
CN201310571375.9A 2012-11-15 2013-11-13 使用容性传感器确定生物分子的等电点的方法和系统 Active CN103822947B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/678,118 US8917096B2 (en) 2012-11-15 2012-11-15 Determination of isoelectric points of biomolecules using capacitive sensors
US13/678,118 2012-11-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103822947A CN103822947A (zh) 2014-05-28
CN103822947B true CN103822947B (zh) 2016-03-30

Family

ID=50681105

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310571375.9A Active CN103822947B (zh) 2012-11-15 2013-11-13 使用容性传感器确定生物分子的等电点的方法和系统

Country Status (2)

Country Link
US (2) US8917096B2 (zh)
CN (1) CN103822947B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2996737B1 (fr) * 2012-10-12 2015-08-07 Commissariat Energie Atomique Recipient pour le stockage d'un fluide destine a interagir avec un utilisateur
JP6858659B2 (ja) * 2017-06-30 2021-04-14 豊田鉄工株式会社 車両用衝撃吸収装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0977030A1 (en) * 1998-07-29 2000-02-02 Hewlett-Packard Company Chip for performing an electrophoretic separation of molecules and method using same

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL159810A0 (en) 2001-07-16 2004-06-20 Protein Forest Inc Matrixes, arrays, systems and methods
US7785533B2 (en) 2003-09-12 2010-08-31 Nec Corporation Chip, device using the chip, and method of using the same
US7704360B2 (en) 2005-03-14 2010-04-27 Agilent Technologies, Inc. Devices and methods for separating sample constituents
KR100773549B1 (ko) 2006-04-03 2007-11-07 삼성전자주식회사 동일 전계 효과 트랜지스터를 이용하여 생분자를 검출하는방법
KR101021270B1 (ko) * 2008-08-08 2011-03-11 한국전자통신연구원 Ｆｅｔ를 이용한 등전점 측정 방법 및 측정 장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0977030A1 (en) * 1998-07-29 2000-02-02 Hewlett-Packard Company Chip for performing an electrophoretic separation of molecules and method using same

Also Published As

Publication number Publication date
US8917096B2 (en) 2014-12-23
US9103770B2 (en) 2015-08-11
US20140132276A1 (en) 2014-05-15
CN103822947A (zh) 2014-05-28
US20140132275A1 (en) 2014-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9964516B2 (en) Methods and apparatus for an ISFET
Reddy et al. High-k dielectric Al 2 O 3 nanowire and nanoplate field effect sensors for improved pH sensing
CN102667458B (zh) 润滑油的劣化度测定方法
CN106501340A (zh) 电极、离子敏感传感器、电容和离子活度的检测方法
WO2010023569A1 (en) Reducing capacitive charging in electronic devices
US9644939B2 (en) Single-position hall effect measurements
CN103822947B (zh) 使用容性传感器确定生物分子的等电点的方法和系统
WO2010001277A1 (en) Chip integrated ion sensor
US20140295573A1 (en) Biosensor with dual gate structure and method for detecting concentration of target protein in a protein solution
CN105353000B (zh) 半导体器件及其检测方法
Dhar et al. Deriving a novel methodology for nano-BioFETs and analysing the effect of high-k oxides on the amino-acids sensing application
US20050035808A1 (en) Semiconductor sensor with a field-effect transistor, and a method for controlling such a semiconductor sensor
CN102043000B (zh) 湿度传感器
EP2479563A1 (en) Configuration, a sensing element with such configuration, electrochemical sensor comprising such sensing element and method for electrochemical sensing using such electrochemical sensor
US9103773B2 (en) Capacitive element sensor and method for manufacturing same
CN106124832B (zh) 一种元器件饱和电流的量测方法和量测系统
US20100060302A1 (en) Semiconductor device and method for measuring analog channel resistance thereof
CN107068738B (zh) 电装置及用于制造电装置的方法以及用于车辆的控制装置
KR101188161B1 (ko) 전자 장치의 측정 방법 및 측정 장치
US9689913B2 (en) Method and device for measuring changes over time of the electrical performance of an FDSOI transistor
CN116381438A (zh) 一种双电层晶体管迁移率的测试方法及装置
EP4251988A1 (en) Hydrogen potential sensor
TW201930180A (zh) 奈米線場效應電晶體檢測元件及其檢測方法
TW202011025A (zh) 生物感測系統

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant