TW201035550A - Label-free sensor - Google Patents

Description

201035550 ' 六、發明說明： —【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種感測器，尤係有關於半導體生物感 測器（biosensor) 〇 【先前技術】 隨著生物科技及醫療領域的快速發展，分子生物檢測 逐漸成為研發重點。分子生物檢測利用特定的分子標記 (marker)或利用特定分子的特異活i生，以區分不同分子而 ®進行選擇性測定，尤其是可以高專一性及高敏感性的感測 生物體内或環境中以微量存在之蛋白質、核酸或化合物等 的分子生物檢測，在醫學、生命科學、食品檢驗、環境衛 生等不同領域中至為重要，例如早期疾病診斷、及環境因 子（如荷爾蒙）測定等。其中，發展高靈敏度、即時、快 速、準確、可大量篩選的檢測方法，是目前主要的發展趨 勢。 0 如何有效運用目前已成熟或發展中的技術開發出新 的檢測平台，亦是極具挑戰的跨領域整合性研發課題。近 幾年許多相關的生物感測器或感測方法陸續被報導，大致 上可分為利用螢光或發光標記目標物質之感測方法，或可 高感度地察知與物質之鍵結之表面電漿共振法（SPR， surface plasmon resonance)、石英晶體微天平法（QCM， quartz crystal microbalance)、及以場效電晶體（FET，field effect transistor)為架構的奈米碳管場效電晶體（CNT FET) 和奈米線場效電晶體(nanowire FET)。藉由上述方法或感測 3 110965 201035550 器，能夠彳貞測到ng〜pg為單位之物質。 目則奈米尺寸的生物感測器，多半利用矽奈米線或奈 米碳管製作而成。 以矽奈米線而s，因為矽的表面容易形成天然氧化 層，因此較容易感測帶電分子’例如蛋白質；但製備不易 且所需設備較為昂貴。O.Kuzmych et al.，Nanotechnology 18, 375502 (20〇7)亦揭露矽奈米線之感測器，第7 129 554 及M70,235號美國專利分別揭露以石夕奈米線為場效應電 晶體之感測斋’並於矽奈米線上方結合有探測分子可供選 擇性探測；而對於上述公開文獻所揭露之感測器，因其石夕 奈米線之結構，雖可提供較短之感測時間，但製程複雜和 元件良率未能超過50%係為缺點。 以奈米碳管而言’現有技術雖然可大量成長奈米碳 管，但不容易純化出完全具有半導體性質的奈米碳管，且 對於非化學背景之研究者而言，要將奈米碳管官能化相當 〇困難。第7,318,908號美國專利揭露以奈米碳管為場效應 電晶體之感測器陣列，並於碳奈米管上方結合有探測分子 可供選擇性探測，但依其製備方法則探測分子容易脫離奈 米碳管’係為其缺點。另外，Y.Chi et心％· 293,1289(2001)及 N.W.S.Kam et al., J.Am· Chem s〇c l26, 6850-6851 (2004)亦揭露奈米碳管之感測器。 A.Star et al., Proc.Natl.Acad.Sci. USA 103,921(2006) 揭露一種利用奈米碳管之無須標定之雜合檢測技 術，但其仍然需要特定螢光讀取設備讀取螢光訊號，在檢 110965 4 201035550 ' 測程序上仍為複雜。 因此，仍然需要更方便讀取分子訊號且可改善上述缺 點之奈米感測器。 【發明内容】 _ 鑒於前述先前技術之缺點，本發明之一目的在於提供 一種方便讀取訊號之無須標定感測器。 為達上揭及其他目的，本發明提供一種無須標定之感 測器，係包括基板；形成於該基板上之第一電極；形成於 ® 該基板上並與該第一電極隔開之第二電極；以及半導體 層，係形成於該基板上並與該第一電極和第二電極接觸； 其中，該半導體層具有複數個經官能化鍵結至該半導體層 之探針基團（probe groups)，用以偵測與該探針基團具有專 一性結合之物質。 具體而言，本發明之感測器的半導體層可介於該基板 與該第一電極和第二電極之間，亦即，該第一電極和第二 Q 電極係形成於該半導體層上，俾使該半導體層夾置於該基 板與該第一電極和第二電極之間，或者第一電極和第二電 極直接形成於基板上並與基板接觸，且部分該半導體層係 形成於該第一電極和第二電極上，俾使該第一電極和第二 電極夾置於該基板與該半導體層之間，其中，該第一電極 係錯由該半導體層隔開該弟二電極。 於一態樣中，該半導體層係為多孔性金屬氧化物。較 佳地，該多孔性金屬氧化物係係選自氧化鋅（ZnOx)、二氧 化鈦（TiOx)、氧化銦（ΙηΟχ)或其組合。 5 110965 201035550 於另一態樣中，該該半導體層係為有機高分子半導 體，舉例但非限定，如：

較佳地，該半導體層係為具有多孔性結構之有機高分 子半導體。此外，該有機聚合物可製備成絲狀，例如以放 ®電紡絲之方法製備，絲狀有機聚合物再堆疊形成多孔缝之 結構，即形成多孔性半導體。

該半導體層係以化學基團或生物性分子官能化而具 有探針基團，該等探針之實例包括一種或多種選自-OH、 -CHO、-COOH、-S03H、-CN、-NH2、-SH、-COSH、-COOR 或鹵化物所組成群組的化學基團，或者，於一態樣中，該 探針基團係選自核酸、抗體、抗原、醣類、蛋白質、胺基 0 酸、及酵素所組成群組的生物性分子之一者，例如生物素 (biotin)。 於另一態樣中，該生物性分子係可將探針緊密結合於 該多孔性半導體上，或該生物性分子本身即為探針，可與 特定分子專一性結合。於較佳實施例中，該生物性分子係 選自核酸、抗體、抗原、醣類、蛋白質、胺基酸、及酵素 所成之群組之一者。 以生物素為例，由於生物素與其受質，如抗生物素 (avidin)會產生專一性結合，故本發明之感測裝置可用於偵 6 110965 201035550 測待測樣本中的抗生物素的存在；而其他無法與生物素結 - 合的物質則不會形成專一性鍵結，因此本發明之感測裝置 不產生感測反應，而達到特異性(specific)感測的目的。 於一實施例中，本發明之感測器包括基板、兩個金屬 電極及多孔性半導體層，其中，可於具有電極之基板上製 備多孔性半導體層（此為底電極(bottom contact)結構），或 者可於基板上先製備多孔性半導體層後再製備金屬電極 (此為頂電極(top contact)結構）。 ® 於實施例中，本發明之感測器所包括的多孔性有機聚 合物半導體，可先將有機聚合物官能化以帶有探針（如生 物素），再經例如放電紡絲方法製備成絲狀堆疊的多孔結 構，進而形成多孔性有機聚合物半導體層。或，先將有機 聚合物製備成絲狀堆疊的結構後，再進行官能化以結合探 針。 本發明另提供一種感測方法，係包括施加偏壓至本發 ❹明之感測器的第一電極和第二電極以產生電流；將待測樣 本與該感應器之多孔性半導體層所鍵結的探針基團接觸； 以及測定電性變化，以判斷該待測樣本中是否含有探針專 一性受質。 於一具體實施例中，本發明之半導體層係為金屬氧化 物或有機聚合物。較佳地，該半導體層係為多孔性金屬氧 化物或多孔性有機高分子半導體。該多孔性之半導體係以 化學基團或生物性分子而官能化。

於實施例中，該待測樣本與該感測器係於例如，PBS 7 110965 201035550 •緩衝溶液之流體中接觸。將該感測胁 壓以產生電流，待電流穩定後 J ^ '，外加偏 入的待測樣本使感測ϋ之電流產 3翁本’若加 本中存在有探針專-性受I。_<化’則判辦該樣 可產實施例中，該待測樣本係為氣態物質, 產生乳體之物質。舉例而令， 貝或 生電流，待電流穩定後，通入氣能=測器外加偏Φ以產 ο 測樣本直接以氣態與感測器〜μ之待測樣本’使待 入的待測樣本使感測器之電流二生㊁測定電性變化，若加 本中存在有探針專—性受ir生電性變化，則_該 本發明另提供一種感測系 器；用以提供傯懕5诗々'、，μ、4,係包括本發明之感 带朽夕〃【至該感测器’且電性連接至今咸、、目厂 电極之電壓提供裝置；以及電 *至州器· 測裝置，用以制^ ^ ^,連接至該感測器之電性. 用以測定該感測器之電性變化。 & 〇 2佳實施例中’該電性變化係為電流之改變。 本發明所提供之感測器，且 士、 度高之優點’且無須標定待測物、迅速、仏 須之操作流程。又，本發明之咸、^改°篇知感測器所， 進仃^則，不需要大型昂貴的 Π交化即· 大量篩選之目的。 '叹備’可達到降低成本 【實施方式】 以下係藉由特定的具體實 式，熟習此技藝之人士可由本說明 本發明之實施； 發明之其他優點與功效。 曰斤揭不之内容瞭解4 110965 8 201035550 - 製備例1、製備半導體裝置 (1)製備金屬氧化物半導體震置 以2-丙醇或無水乙醇做為溶劑配製濃度為〇 5至LM 的醋酸鋅（購自SigmaAlddch公司）溶液，再加入乙醇胺， 其中醋酸鋅與乙醇胺之莫耳比約丨：〗，該溶液可摻雜硝酸 鋁與醋酸鋅莫耳比約1 : 99至5: 95的硝酸鋁或不摻雜。 將該酷酸鋅溶液（或稱氧化鋅前驅物）以旋轉塗佈於玻璃基 〇板上，以200°c烘烤去除溶劑，再送入爐管以400_600。〇的 溫度進行後退火處理，該後退火溫度可視基板的耐熱度而 調整，形成氧化鋅半導體層。 利用金屬遮罩並蒸鍍金屬電極於該氧化鋅半導體層 上，該金屬電極為例如鋁（A1)或鈦(Ή)，形成如第ία圖所 示之上接觸（t〇P contact)結構之金屬氧化物半導體裝置，包 括玻璃基板11、形成於玻璃基板11上之半導體層12、第 ◎ 一電極13及第二電極13’。 如同前述之方法，但在塗佈醋酸鋅溶液之前，先利用 微影方式或金屬遮罩方式製備金屬電極於玻璃基板上，而 其餘步驟則相同，可製備如第1B圖所示之下接觸（bottom contact)結構之金屬氧化物半導體裝置，包括為玻璃基板 21、半導體層22、第一電極23及第二電極23’。 (2 )製備多孔性金屬氧化物半導體裝置 以2-丙醇或無水乙醇做為溶劑配製濃度為〇.5至1M 的醋酸鋅（購自sigma Aldrich公司）溶液，再加入乙醇胺， 110965 9 201035550 其中醋酸鋅與乙醇胺之莫耳比約1 : 1，該溶液可摻雜硝醆 紹與醋酸鋅莫耳比約1 : 99至5 : 95的硝酸鋁或不摻雜。 如第3A圖所示之流程，在玻璃基板31上旋轉塗伟聚 表乙烯球.（購自Fluka公司），以π 5 °C焕烤5分鐘，該取 笨乙烯球32a會自我堆疊於基板上方。再將該醋酸辞溶液 (或稱氧化鋅前驅物）以旋轉塗佈於佈滿聚苯乙烯球的玻璃 基板上’形成氧化辞前驅物層32b，接著以200¾供烤去除 溶劑’再送入爐管以400-60CTC的溫度進行後退火處理， 該後退火溫度可視基板的耐熱度而調整，於此高溫下，氧 化鋅前驅物會轉變成氧化鋅，聚苯乙烯球會汽化，於氧化 鋅半導體層中形成孔洞’因此形成多孔性氧化鋅半導體芦 32b，。 曰 利用金屬遮罩蒸鍍金屬電極於該氧化鋅半導體層 上，該金屬電極為例如銘(A1)或鈦(Ti),製備具有上接觸妹 構之多孔性金屬氧化物半導體裝置。

依上述之方法’但先進行利用微影方式或金屬遮罩方 式製備金屬電極於玻璃基板上，再進行多孔性氧化辞半導 體層製備步驟，而其餘步驟相同，可製備具有下接觸結構 之多孔性金屬氧化物半導體裝置。 (3)製備有機高分子半導體裝置 配製〉辰度為0.051 Μ的聚[3-(钟-6-己酸）η塞吩2 $ 一 基](poly[3-(p〇tassium-6-hexanoate)thiophene-2,5-diyl]，講 自Rieke Metal公司）的有機聚合物溶液。將該有機聚人物 溶液以旋轉塗佈於玻璃基板上，以2〇〇。(：烘烤去除溶巧 Π0965 10 201035550 形成有機高分子半導體層。 • 利用金屬遮罩蒸鍍金屬電極於該有機高分子半導體 層上，該金屬電極為例如铭（A1)或鈦(Ti)，形成具有上接觸 結構之有機馬分子半導體裝置。 依上述之方法，但先利用微影方式或金屬遮罩方式製 備金屬電極於玻璃基板上，再塗佈有機高分子溶液之步 驟，而其餘步驟相同，可製備如具有下接觸結構之有機高 分子半導體裝置。 ® (4)製備多孔性有機高分子半導體裝置 製備流程係如第4圖所示，利用放電紡絲方式製備多 孔性有機高分子。 將聚[3-(鉀-6-己酸）噻吩-2,5-二基]溶液置於針筒45 中，透過金屬針頭46喷出該溶液，該金屬針頭46與基板 41間以高壓電裝置47施加高壓電（10kV〜20kV)，故該喷 出之有機聚合物溶液42’會以絲狀方式沈積於設有金屬電 ❹極43之玻璃基板41上，形成如第4B圖所示之多孔性有 機高分子半導體層42，其中，如第4C圖所示，多孔性結 構係來自有機高分子絲與絲堆疊產生缝隙而形成。 製備例2、官能化 (1 )以血紅素（hemin )進行半導體官能化 以二曱基亞颯（DMSO)為溶劑配製濃度為0.05至 ImM的血紅素（購自Sigma Aldrich公司）溶液，取製備例1 之半導體裝置於該血紅素溶液中浸泡至少5至60分鐘，再 11 110965 201035550 以DMSO洗滌表面以去除未鍵結至該半導體層的血紅 - 素，而得到經血紅素官能化的感測裝置，可用於偵測一氧 化氮（NO)之存在。 (2 )以生物素（biotin )進行半導體官能化 以pH約7.0，濃度為0.01 Μ的磷酸鹽緩衝食鹽水 (PBS)為溶劑，配製濃度為2mM的生物素（購自Sigma Aldrich公司）溶液，取製備例1之半導體裝置於該生物素 溶液中浸泡隔夜，再以PBS洗滌表面以去除未鍵結至該半 ® 導體層的生物素，而得到經生物素官能化的感測裝置，可 用於偵測抗生物素（Avidin )之存在。 另外，針對有機高分子半導體之生物素官能化，係以 pH約7.0，濃度為0.01 Μ的磷酸鹽緩衝食鹽水（PBS)為 溶劑，配製濃度為1 mM的胺基-ΡΕ02-生物素 (Amine-PE〇2-biotin，購自 Pierce Biotechnology 公司）溶 液，取製備例1之有機高分子半導體裝置於該生物素溶液 Q 中浸泡，使有機高分子末端所含-COOH基團與胺基-ΡΕ02_ 生物素之-nh2基團產生化學反應而形成共價鍵結。將半導 體裝置浸泡隔夜後，再以PBS洗滌表面以去除未鍵結至該 半導體層的生物素，而得到經生物素官能化的感測裝置， 可用於偵測抗生物素（Avidin )之存在。 (3)以3,4-二胺基苯酸（3,4-(1丨&111丨11〇56112〇沁&6(1)進行半 導體官能化 以pH約7.0，濃度為0.01 Μ的磷酸鹽緩衝食鹽水 (PBS)為溶劑，配製濃度為2mM的3,4·二胺基苯酸（購 12 110965 201035550 自Sigma Aldrich公司）溶液，取製備例1之半導體裝置於 ' 該3,4-二胺基苯酸溶液中浸泡隔夜，再以PBS洗滌表面以 去除未鍵結至該半導體層的3,4-二胺基苯酸，而得到經 3,4-二胺基苯酸官能化的感測裝置，可用於偵測一氧化氮 (NO)之存在。 經官能化的半導體裝置之結構示意圖係如第2A圖、 第2B圖、第3B圖及第4B圖所示，其中，元件符號14、 24、34及44係表示官能化至半導體層之探針基團。 W實施例1 以自製備例1(1)所得之半導體裝置，如製備例2 (2) 所述步驟進行官能化而得到以生物素官能化之氧化鋅半導 體感測裝置（以下簡稱生物素-氧化鋅感測裝置）。 提供一電流至該生物素-氧化鋅感測裝置，將其置入 pH 7.0,濃度為0.01 Μ的PBS缓衝溶液中，如第5圖所示， 當該生物素-氧化辞感測裝置剛接觸到500// 1的PBS緩衝 ❹溶液時，電流值係遽降一個幅度。當再加入200 // 1的PBS 緩衝溶液時，則不會產生因為液體加入而造成的電流變 化，因此，可以判定後續加入液體所產生的電流變化並非 由缓衝溶液本身所造成。 接著，加入專一性受質一濃度為〇.lmg/ml的抗生物素 (購自SigmaAldrich公司）200 // 1至該生物素-氧化辞感 測裝置所在的緩衝溶液中，立即產生一明顯的電流變化， 這是由於抗生物素與官能化於半導體層的生物素產生專一 性的鍵結，而抗生物素帶有電荷，會影響到該氧化鋅半導 13 110965 201035550 體層中的載子傳輸，進而影響電流，產生變化。因此，證 實本感測器係無須進一步標定受質，即可藉由電流之變化 而測定特定物質之存在。 實施例2 . 、 ^ _ 以自製備例1(1)所得之半導體裝置，如製備例2 (3) 所述步驟進行官能化而得到以· 3,4-二胺基笨酸官能化之氧 化鋅半導體感測裝置（以下簡稱胺基苯酸-氧化鋅感測裝 置）。 提供一電流至該胺基苯酸-氧化鋅感測裝置，將其置 入pH 7.0，濃度為0.01 Μ的PBS緩衝溶液中，如第6圖 所示，當該胺基苯酸-氧化鋅感測裝置剛接觸到500//1的 PBS緩衝溶液時，電流值係遽降一個幅度。當再加入200 //1的PBS緩衝溶液時，則不會產生因為液體加入而造成 的電流變化，因此，可以判定後續加入液體所產生的電流 變化並非由緩衝溶液本身所造成。 加入16滴在液體中可產生一氧化氮之一氧化氮供體 (NO donor) SNAP ( S-Nitroso-N-acetyl- DL-penicillamine 5 購自Sigma Aldrich公司，濃度為0.5M)至該胺基苯酸-氧 化鋅感測裝置所在的缓衝溶液中，SNAP係為3,4_二胺基 苯酸之受質供體。該胺基苯酸-氧化鋅感測裝置立即產生一 明顯的電流變化，因此，證實本感測器係無須進一步標定 受質，即可藉由電流之變化而測定特定物質之存在。 實施例3 以自製備例1(1)所得之半導體裝置，如製備例2 (1) 14 110965 201035550 所述步驟進行官能化而得到以血紅素官能化之氧化鋅半導 • 體感測裝置（以下簡稱血紅素-氧化鋅感測裝置）。 測定經上述步驟所製備之血紅素-氧化鋅感測裝置之 吸收光譜，並以純化的血紅素溶於DMSO之溶液及未經官 能化的氧化鋅半導體裝置做為對照組，結果如第7圖所 示，於可見光波長範圍400nm-600nm，該血紅素-氧化鋅感 測裝置會產生吸收光譜，且與血紅素於DMSO之溶液的吸 收光譜一致，證實本發明之感測裝置確實具有血紅素官能 〇化於氧化鋅上。 將未經官能化的氧化鋅半導體裝置及本發明之血紅 素-氧化鋅感測裝置分別置入充滿氮氣的環境中，並提供一 電流至該裝置，接著通入NO氣體至該充滿氮氣的環境 中，並調控NO濃度變化、開啟及關閉，感測裝置之電流 變化結果如第8圖所示。 第8A圖為未經官能化的氧化鋅半導體裝置之電流變 ❹化，顯示未經官能化的氧化鋅半導體裝置對於NO氣體的 通入，不具備穩定的電流值，與NO濃度之改變亦無關連 性的電流變化，無法感測環境中的NO濃度。 第8B圖為本發明血紅素-氧化鋅感測裝置之電流變 化，顯示經血紅素官能化的氧化鋅膜的電流變化與NO濃 度變化具有關連性，並具有反應出NO即時濃度變化的靈 敏度，當NO氣體關閉時，電流上升，証明此感測裝置對 於NO氣體有吸附/脫附的可逆性，故，此實施例之血紅素 -氧化辞感測裝置確實可作為一氧化氮感測裝置。 15 110965 201035550 實施例4 - 以自製備例1(2)所得之多孔性氧化鋅半導體裝置，如 製備例2 ( 1 )所述步驟進行官能化而得到以血紅素官能化 之多孔性氧化鋅半導體感測裝置（以下簡稱血紅素-多孔性 氧化鋅感測裝置）。 第9圖（a)為對照組（未經孔洞化處理的氧化鋅半導 體）表面的掃瞄式電子顯微鏡(SEM)圖，第9圖（b)為具多 孔性氧化鋅表面的SEM圖，由此兩圖可知，多孔性氧化鋅 具有較大的表面積以官能化血紅素。 接著，將該血紅素-多孔性氧化鋅感測裝置置入充滿 氮氣的環境中，並提供一電流至該裝置，接著通入NO氣 體至該充滿氮氣的環境中，並調控NO濃度變化、開啟及 關閉，感測裝置之電流變化結果如第9圖（c)所示，顯示血 紅素-多孔性氧化鋅感測裝置能更快速的由穩定的電流反 應出NO的即時濃度變化；當NO氣體關閉時，電流回升 0 速度更是比未多孔化處理的氧化鋅膜（如實施例3，第8B 圖）快很多，証實血紅素-多孔性氧化鋅感測裝置能增加對 於NO氣體反應的穩定度與靈敏度。 實施例5 以實施例4之血紅素-多孔性氧化鋅感測裝置置入充 滿氮氣的環境中，並提供一電流至該裝置，接著通入NO 氣體至該充滿氮氣的環境中，並調控NO濃度變化、開啟 及關閉，接著通入不同氣體，包括氧氣（〇2)及二氧化碳 (C02 )，藉以測試該感測襄置的選擇性（specificity),感測 110965 201035550 裝置之電流變化結果如第10圖所示。 由第10圖可知，當通入30 ppm的NO時，此感測裝 置產生明顯的電流變化，然而，通入3000 ppm的氧氣或 3000 ppm的二氧化碳時，電.流值並未產生相應的改變，證 實本感測裝置確實具備對於待測標的物之優異選擇性。 上述實施例僅例示性說明本發明之組成物與製備方 法，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可 在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾 ©與改變。因此，本發明之權利保護範圍如後述申請專利範 圍所載。 【圖式簡單說明】 第1A及1B圖係說明金屬氧化物半導體之結構示意 圖； 第2A及2B圖係說明經官能化之金屬氧化物半導體 之結構不意圖， q 第3A圖係說明多孔性金屬氧化物半導體層之製備流 程圖； 第3B圖係說明經官能化之多孔性金屬氧化物半導體 層之示意圖； 第4A圖係說明多孔性有機高分子半導體層之製備示 意圖； 第4B圖係說明經官能化之多孔性有機高分子半導體 層結構之結構示意圖； 第4C圖係說明放電紡絲之多孔性結構的掃描式電子 17 110965 201035550 顯微鏡圖； • 第5圖係說明生物素-氧化鋅感測裝置的電流變化圖； 第6圖係說明胺基苯酸-氧化鋅感測裝置的電流變化 1 ； ........- ------ 第7圖係說明血紅素-氧化鋅感測裝置的吸收光譜， 其中，表示經血紅素官能化之氧化鋅，表示對照組 (未經官能化之氧化鋅），並提供血紅素於DMSO溶液的吸 收光譜； 〇 第8A圖係說明未經血紅素官能化之氧化鋅半導體裝 置之電流變化圖； 第8B圖為本發明血紅素-氧化鋅感測裝置之電流變化 圖； 第9圖（a)及9圖（b)係分別說明氧化辞及多孔性氧化 鋅之表面之掃瞄式電子顯微鏡圖； 第9圖（c)係說明血紅素-多孔性氧化鋅感測裝置之電 0 流變化圖；以及 第10圖係說明血紅素-多孔性氧化鋅感測裝置對於不 同氣體之電流變化圖。 【主要元件符號說明】 11、 21、31、41 基板 12、 22 半導體層 13、 23 第一電極 13’、23’ 第二電極 43 電極 18 110965 201035550 14、24 ' 34 ' 44 探針（即官能化基團） "32a 聚苯乙烯球 32b 氧化鋅前驅物層 32b， 、 42 多孔性半導體層 42? 有機南分子絲 45 針筒 46 針頭 47 局壓電源 〇 19 110965

Claims (1)

1. 201035550 七、申請專利範圍： 1. 一種無須標定之感測器，係包括： 基板； 第—一電極，係形成於該基板上； .. 第二電極，係形成於該基板上並與該第一電極隔 開；以及 半導體層，係形成於該基板上並與該第一電極和 第二電極接觸； 其中，該半導體層具有複數個經官能化鍵結至該 半導體層之探針基團（probe groups)，用以偵測與該探 針基團具有專一性結合之物質。 2. 如申請專利範圍第1項之感測器，其中，該第一電極 和第二電極係形成於該半導體層上，俾使該半導體層 夾置於該基板與該第一電極和第二電極之間。 3. 如申請專利範圍第1項之感測器，其中，部分該半導 體層係形成於該第一電極和第二電極上，俾使該第一 電極和第二電極夹置於該基板與該半導體層之間。 4. 如申請專利範圍第2或3項之感測器，其中，該半導 體層係為金屬氧化物。 5. 如申請專利範圍第4項之感測器，其中，該金屬氧化 物係係選自氧化鋅、二氧化鈦、氧化銦或其組合。 6. 如申請專利範圍第4項之感測器，其中，該金屬氧化 物係具有多孔性結構。 7. 如申請專利範圍第2或3項之感測器，其中，該半導 20 110965 201035550 體層係為有機聚合物半導體。 申明專利範圍第7項之感測器，其中，該有機聚合 物半導體係具有多孔性結構。 9.如申請專利範圍第8項之感測器，其中，該多孔性結 構係由該有機聚合物以絲狀堆疊所形成。 10.如申請專利範圍第2或3項之感測器，其中，該探針 基團包括一種或多種選自由-OH、-CHO、-COOH、 Ο

   -S〇3H、-CN、_NH2、观、_c〇SH、_c〇〇r 或鹵化物 所組成群組的化學基團。 U.如申請專利範圍第2或3項之感測器，其中，該探針 ^團係選自核酸、抗體、抗原、醣類、蛋白質、胺基 酸、及酵素所組成群組的生物性分子的—者。 土 12·專利範圍第3項之感測器，其中，該第一電極 k藉由該半導體層隔開該第二電極。 13.—種感測方法，係包括： 項之感測器的第 體層所鍵結的探針 施加偏壓至如申請專利範圍第 —電極和第二電極以產生電流； 將待測樣本與該感測器之半導 基團接觸；以及 測定該感測器之電性變化，以判 是否含有探針專—性受質。 Μ該待測樣本中 該待測樣本與 其中，該待测 U.如申請專利範圍第13項之方法，其中， 該感應器係於流體中進行接觸。 15·如申請專利範圍第13或14項之方法， Π0965 21 201035550 樣本係為氣態物質或可產生氣態之物質。 16. —種感測系統，係包括： 如申請專利範圍第1項之感測器； 電壓提供裝置，係電性連接至該感測器之電極， 用以提供偏壓至該感測器；以及 ―上電性檢測裝置，係電性連接至該感測器，用以測 疋該感測器之電性變化。 17.

   如申請專利範圍第16項之感Μ統，其中，該電性變 化係為電流之變化。

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