基于GaN基HEMT驱动LED发光的生物物质检测方法与流程

基于gan基hemt驱动led发光的生物物质检测方法
技术领域
1.本发明涉及一种基于gan基hemt驱动led发光的生物物质检测方法，即：一种基于algan/gan高电子迁移率晶体管(hemt)与gan基发光二极管(gan基led)单片集成阵列主动发光读出的生物物质检测方法。


背景技术：

2.目前，生物物质检测从信号测试方法上看主要有两类。一类是生物阵列芯片与信号测试单元分离的检测系统。如：沈继龙等人的基因诊断与基因芯片中提到的荧光探测微阵列。将成千上万的探针dna分子有序地固化在面积较小的支持物(如玻璃片、硅片、尼龙膜等)上，组成密集分子排列，然后将已经标记有荧光物质的待测dna与支持物上的靶分子进行杂交，利用图像扫描仪采集激发光激发荧光物质产生的荧光进行测试分析。此类检测生物物质检测方法需要对待测生物物质进行特殊标记。另一类是生物阵列芯片与信号测试单元集成在一起的检测系统。如：jonathan m.rothberg,wolfgang hinz,todd m.rearick,et al.an integrated semiconductor device enabling non
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optical genome sequencing中的已经商品化并在医疗系统应用的半导体基因测序芯片技术。采用硅基cmos半导体制备工艺在一块芯片上制备与cmos读出电路集成的阵列离子敏场效应晶体管(isfet)半导体基因测序芯片。此类检测生物物质检测方法的生物阵列芯片都是si基半导体生物阵列芯片，其他半导体材料的生物阵列芯片难于与cmos读出电路进行集成，限制了非si基半导体生物阵列芯片的发展。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种基于algan/ganhemt与gan基led单片集成阵列主动发光读出的生物物质检测方法，其目的是为了解决gan基生物传感器阵列芯片信号难于读出的问题。
4.本发明的技术方案：
5.一种基于algan/gan高电子迁移率晶体管与gan基led单片集成阵列主动发光读出的生物物质检测方法，包括：
6.在algan/gan或者gan发光二极管(led)外延片上，制备algan/gan hemt和gan基led集成阵列结构。
7.在algan/gan hemt和gan基led集成阵列结构的algan/gan hemt的敏感区域进行生物识别物固化形成algan/gan hemt生物传感器和gan基led集成阵列结构。
8.在algan/gan hemt生物传感器和micro
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led集成阵列结构上施加5v
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10v的工作电压，algan/gan hemt生物传感器驱动gan基led发光。
9.将含有待测生物物质的溶液引入到algan/gan hemt生物传感器和gan基led集成阵列结构的algan/gan hemt生物传感器的测试区域，引起micro
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led发光强度变化。
10.通过设置于algan/gan hemt生物传感器和gan基led集成阵列结构上方的ccd或者cmos图像传感器读取gan基led发光图片，发光图片信息经过计算机处理后获得待测生物物
质浓度。
11.本发明的有益效果：本发明提供了一种基于algan/gan hemt与gan基led单片集成阵列主动发光读出的生物物质检测方法，具有高通量、高密度集成、并行快速检测特性。由于采用了algan/gan hemt生物传感器驱动gan基led发光，生物传感器上固化的生物识别物质不需要携带荧光物质，简化了生物传感器固化生物识别物质的制备过程。在光信号采集过程中不需要提供额外的光源照射，简化了光信号采集系统。
附图说明
12.图1是本发明所述一种实施例的algan/gan hemt直接驱动gan基led电路结构。
13.图2是本发明所述一种实施例的algan/gan hemt驱动gan基led与一个电阻并联的电路结构。
14.图3是本发明所述一种实施例的algan/gan hemt驱动gan基led与一个algan/gan hemt并联的电路结构。
具体实施方式
15.以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
16.实施例1
17.algan/gan hemt生物传感器直接驱动gan基led集成阵列制备
18.在高质量algan/gan外延片表面沉积sio2层，经标准光刻、icp刻蚀腐蚀sio2成为阵列的正方形孔，孔的尺寸为20
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20μm2，在sio2孔的位置进行icp刻蚀，刻蚀深度超过二维电子气层到达gan缓冲层。之后，利用金属有机化学气相外延(mocvd)设备，采用elog外延生长技术制备led外延结构，包括n型掺杂gan、ingan/gan超晶格、ingan/gan多量子阱有源区、p
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algan和p
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gan；利用40％的氢氟酸去除sio2。接下来采用标准的gan器件制备工艺形成algan/gan hemt与gan基led集成阵列的金属互连。之后，沉积sio2作为保护层和钝化层，采用标准光刻工艺定义algan/gan hemt生物传感器阵列的敏感区窗口，algan/gan hemt与gan基led外加电压及接地的引线键合窗口。再次进行光刻后，沉积引线键合电极。之后进行光刻胶清洗。完成algan/gan hemt直接驱动gan基led集成阵列制备，其单元电路结构如图1所示。为了实现对生物物质的特异性测试，采用共价键合的方法进行生物识别物的固化。本实施例中，固化葡萄糖氧化酶对葡萄糖进行测试。
19.实施例2
20.将实施例1得到的algan/gan hemt葡萄糖生物传感器与gan基led集成阵列用于葡萄糖测试。将不同浓度的葡萄糖溶液滴在集成阵列测试区域，保持5分钟，之后施加5v的供电电压5s后，利用ccd图像传感器采集micro
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led图像信号，经计算机对图像信号进行分析处理后，葡萄糖浓度变化与图像信号变化之间的关系。器件每次测试后，都用pbs缓冲溶液冲洗吹干后测试。测试葡萄糖的最低浓度为1μm，分辨率为0.1μm。
21.实施例3
22.采用如实施例1所述的标准gan器件制备工艺，制备algan/gan hemt ph传感器驱动一个电阻并联gan基led结构的阵列，将不同浓度的ph溶液滴在生物传感器区域，施加6v的供电电压，利用ccd图像传感器采集gan基led图像信号，经计算机对图像信号进行分析处
理。器件每次测试后用去离子水清洗后在进行测试。ph测试的分辨率为0.2ph。
23.实施例4
24.采用如实施例1所述的标准gan器件制备工艺，制备algan/gan hemt ph传感器驱动一个algan/gan hemt并联gan基led结构的阵列，将不同浓度的ph溶液滴在生物传感器区域，施加6v的供电电压，利用ccd图像传感器采集gan基led图像信号，经计算机对图像信号进行分析处理。器件每次测试后用去离子水清洗后在进行测试。ph测试的分辨率为0.1ph。