场效应晶体管生物传感器及其制备方法、检测方法

1.本公开涉及一种场效应晶体管生物传感器及其制备方法、检测方法及生物传感器的修饰方法。


背景技术：

2.在标准的传统型场效应晶体管(fet)中，电流沿着源极(source)和漏极(drain)之间的半导体沟道流动。通过栅极(gate)作为开关，对源漏电极之间电流流通进行控制。碳纳米管传感器采用场效应晶体管作为传感器件结构，将具有特异性识别能力的“捕手”生物分子固定在晶体管的栅极区域，探针分子仅会捕获能够与其特异性配对的目标生物分子，因此实现特异性检测。当探针捕手捕获目标生物分子时，利用溶液中生物分子带电荷的特点，栅极上的有效栅压发生变化，引起沟道电阻发生变化，因而输出电流发生变化。
3.在fet型生物传感器中需要关注德拜屏蔽长度(debye length或者λd)。德拜屏蔽长度反映的是在等离子体中的电荷屏蔽效应，每一个带电粒子都会产生部分电场，电场将会束缚众多携带相反电荷的粒子环绕在该粒子周围。而随着距离的增大，该粒子的电场强度将会被众多携带相反电荷的粒子所屏蔽。则该距离即为德拜长度。对于生物传感器而言，当目标物在器件表明的吸附引起的电荷变化在传感器德拜长度以外，则认为传感器很难检测其产生的电位波动。所以减小目标物与传感器之间的作用距离，是提高生物传感器灵敏度的主要方法之一。
4.对于临床病毒等的检测中，直接提取的dna或rna往往都是长链大分子，而探针(受体)分子的设计往往是具有特异性的短链小分子，尤其在目前fet型生物传感器对病毒等的检测大都是基于单一的短链dna作为探针(受体)分子，实现对待测rna的捕获，长链rna难以完全靠近传感器表面，传感器对长链rna的检测灵敏度与响应都不是很高。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题之一，本公开提供了一种场效应晶体管生物传感器及其制备方法、检测方法及生物传感器的修饰方法。
6.根据本公开的一个方面，提供一种用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感器，包括：
7.基底层，沟道层，第一电极，第二电极，第三电极，混合探针层，连接质，所述第三电极包括沟道层与栅介质层，所述混合探针层包括至少一种用于长链核酸检测的混合探针分子，每个所述混合探针分子包括多个不同种类的用于长链核酸检测的探针分子；
8.所述沟道层设置在所述基底层的一侧上；
9.所述第一电极设置在所述基底层的所述一侧上并且设置在所述沟道层的一部分上，所述第二电极设置在所述基底层的所述一侧上并且设置在所述沟道层的另一部分上，所述第一电极与所述第二电极位于所述沟道层的两侧；
10.所述栅介质层设置在所述沟道层上；
11.所述连接质为颗粒状，颗粒状的所述连接质可以为金纳米颗粒和/或具有化学反应活性的官能团，多个所述连接质设置在所述栅介质层上；
12.所述混合探针层设置在所述多个所述连接质中的至少部分所述连接质上；以及
13.一个所述探针分子固化到一个所述连接质上；
14.所述每个混合探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链核酸的首端区域、末端区域或首端区域、末端区域和中间区域；
15.所述每个混合探针分子与目标溶液中的所述同一个目标分子的长链核酸上的相应的一个混合目标位点进行杂交反应，并且所述杂交反应包括所述每个混合探针分子的所述多个不同种类的所述探针分子与所述目标溶液中的所述同一个目标分子的长链核酸上的相应的一个混合目标位点包括的多个目标位点均进行杂交反应。
16.根据本公开至少一个实施方式的用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感器，还包括：第一电极钝化层，第二电极钝化层，所述第一电极钝化层至少覆盖所述第一电极除去所述第一电极与所述基底层以及所述沟道层接触部分之外的表面，所述第二电极钝化层至少覆盖所述第二电极除去所述第二电极与所述基底层以及所述沟道层接触部分之外的表面，以阻止所述第一电极、第二电极与外界发生反应，影响所述第一电极、第二电极的使用寿命。
17.根据本公开至少一个实施方式的用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感器，所述一个混合目标位点包括的多个目标位点分布于所述同一个目标分子的长链核酸的首端区域、末端区域或首端区域、末端区域和中间区域。
18.根据本公开至少一个实施方式的用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感器，所述每个混合探针分子至少包括第一个探针分子，所述第一个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的首端区域，所述每个混合探针分子还至少包括第二个探针分子，所述第二个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的末端区域；或者，所述每个混合探针分子至少包括第一个探针分子，所述第一个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的首端区域，所述每个混合探针分子还至少包括第二个探针分子，所述第二个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的末端区域，所述每个混合探针分子还至少包括第三个探针分子，所述第三个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的中间区域。
19.根据本公开的另一个方面，提供一种用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感器的制备方法，包括：
20.设置基底层；
21.在所述基底层的一侧上设置沟道层；设置第一电极，所述第一电极设置于所述基底层的所述一侧上并且设置于所述沟道层的一部分上；
22.设置第二电极，所述第二电极设置于所述基底层的所述一侧上并且设置于所述沟道层的另一部分上，所述第一电极与所述第二电极位于所述沟道层的两侧；
23.在所述沟道层上设置栅介质层；
24.在所述栅介质层上设置多个连接质；所述连接质为颗粒状，颗粒状的所述连接质可以为金纳米颗粒和/或具有化学反应活性的官能团；
25.在所述多个连接质中的至少部分所述连接质上修饰混合探针层；
26.所述混合探针层包括至少一种用于长链核酸检测的混合探针分子，每个所述混合探针分子包括多个不同种类的用于长链核酸检测的探针分子；以及
27.一个所述探针分子固化到一个所述连接质上；
28.所述每个混合探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链核酸的首端区域、末端区域或首端区域、末端区域和中间区域；
29.所述每个混合探针分子与目标溶液中的所述同一个目标分子的长链核酸上的相应的一个混合目标位点进行杂交反应，并且所述杂交反应包括所述每个混合探针分子的所述多个不同种类的所述探针分子与所述目标溶液中的所述同一个目标分子的长链核酸上的相应的一个混合目标位点包括的多个目标位点均进行杂交反应。
30.根据本公开至少一个实施方式的用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感器的制备方法，还包括：
31.分别对所述第一电极、第二电极设置第一电极钝化层、第二电极钝化层，所述第一电极钝化层至少覆盖所述第一电极除去所述第一电极与所述基底层以及所述沟道层接触部分之外的表面，所述第二电极钝化层至少覆盖所述第二电极除去所述第二电极与所述基底层以及所述沟道层接触部分之外的表面，以阻止所述第一电极、第二电极与外界发生反应，影响所述第一电极、第二电极的使用寿命。
32.根据本公开至少一个实施方式的用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感器的制备方法，所述在所述多个连接质中的至少部分所述连接质上修饰混合探针层包括：
33.将多种不同种类的探针分子溶液分别加入活化剂，在第一温度中进行完全活化，将所述多种探针分子溶液充分混合；
34.将所述充分混合的溶液滴加在所述场效应晶体管生物传感器主体的沟道区域，覆盖所述沟道区域，使其在第一温度中反应第一时间；
35.将经过第一时间反应后的所述场效应晶体管生物传感器取出，用试剂冲洗掉未连接的所述探针分子，再使其干燥；
36.再滴加封闭剂，覆盖沟道，在第一温度中孵育第二时间，封闭多余的点位，取出所述场效应晶体管生物传感器清洗，再使其干燥待用。
37.根据本公开至少一个实施方式的用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感器的制备方法，所述一个混合目标位点包括的多个目标位点分布于所述同一个目标分子的长链核酸的首端区域、末端区域或首端区域、末端区域和中间区域。
38.根据本公开至少一个实施方式的用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感器的制备方法，所述每个混合探针分子至少包括第一个探针分子，所述第一个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的首端区域，所述每个混合探针分子还至少包括第二个探针分子，所述第二个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的末端区域；或者，所述每个混合探针分子至少包括第一个探针分子，所述第一个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的首端区域，所述每个混合探针分子还至少包括第二个探针分子，所述第二个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的末端区域，所述每个混合探针分子还至少包括第三个探针分子，所述第三个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的中间区域。
39.根据本公开的又一个方面，提供一种用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感
器的检测方法，包括：
40.将待测目标溶液滴加在所述场效应晶体管生物传感器的沟道区域，覆盖所述沟道区域；
41.所述场效应晶体管生物传感器包括混合探针层，所述混合探针层包括至少一种用于长链核酸检测的混合探针分子，每个所述混合探针分子包括多个不同种类的用于长链核酸检测的探针分子；
42.将所述混合探针分子与所述目标溶液中的目标分子的长链核酸进行杂交反应，
43.所述每个混合探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链核酸的首端区域、末端区域或首端区域、末端区域和中间区域；
44.所述每个混合探针分子与目标溶液中的所述同一个目标分子的长链核酸上的相应的一个混合目标位点进行杂交反应，并且所述杂交反应包括所述每个混合探针分子的所述多个不同种类的所述探针分子与所述目标溶液中的所述同一个目标分子的长链核酸上的相应的一个混合目标位点包括的多个目标位点均进行杂交反应；以及
45.测试所述混合探针分子与目标分子杂交后的所述场效应晶体管生物传感器所产生的电学信号，来实现对所述目标分子的检测。
46.根据本公开至少一个实施方式的用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感器的检测方法，还包括：
47.检测杂交反应完成后，取出反应后的所述场效应晶体管生物传感器；
48.清洗所述场效应晶体管生物传感器；
49.使所述场效应晶体管生物传感器干燥待循环测试。
50.根据本公开至少一个实施方式的用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感器的检测方法，所述一个混合目标位点包括的多个目标位点分布于所述同一个目标分子的长链核酸的首端区域、末端区域或首端区域、末端区域和中间区域。
51.根据本公开至少一个实施方式的用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感器的检测方法，所述每个混合探针分子至少包括第一个探针分子，所述第一个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的首端区域，所述每个混合探针分子还至少包括第二个探针分子，所述第二个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的末端区域；或者，所述每个混合探针分子至少包括第一个探针分子，所述第一个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的首端区域，所述每个混合探针分子还至少包括第二个探针分子，所述第二个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的末端区域，所述每个混合探针分子还至少包括第三个探针分子，所述第三个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的中间区域。
52.根据本公开至少一个实施方式的用于长链核酸检测的场效应晶体管生物传感器的检测方法，所述测试所述混合探针分子与目标分子杂交后的所述场效应晶体管生物传感器所产生的电学信号，来实现对所述目标分子的检测包括：
53.采用静态测试的方式，测试所述混合探针分子与目标分子杂交后的所述场效应晶体管生物传感器的转移特性曲线图，所述转移特性曲线图的纵坐标为所述场效应晶体管生物传感器的漏极电流，所述转移特性曲线图的横坐标为所述场效应晶体管生物传感器的栅极电压；或者，采用动态测试的方式，测试所述混合探针分子与目标分子杂交后的所述场效
应晶体管生物传感器的电流时间特性曲线图，所述电流时间特性曲线图的纵坐标为所述场效应晶体管生物传感器的漏极电流，所述电流时间特性曲线图的横坐标为时间。
54.根据本公开的再一个方面，提供一种用于长链核酸检测的生物传感器的修饰方法，包括：
55.将多种不同种类的探针分子溶液分别加入活化剂，在第一温度中进行完全活化，将所述多种探针分子溶液充分混合；
56.将所述充分混合的溶液滴加在所述生物传感器主体的沟道区域，覆盖所述沟道区域，使其在第一温度中反应第一时间；
57.将经过第一时间反应后的所述生物传感器取出，用试剂冲洗掉未连接的所述探针分子，再使其干燥；
58.再滴加封闭剂，覆盖沟道，在第一温度中孵育第二时间，封闭多余的点位，取出所述生物传感器清洗，再使其干燥待用；
59.所述待用的生物传感器包括混合探针层，所述混合探针层包括至少一种用于长链核酸检测的混合探针分子，每个所述混合探针分子包括多个不同种类的用于长链核酸检测的探针分子；
60.所述每个混合探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链核酸的首端区域、末端区域或首端区域、末端区域和中间区域；
61.所述每个混合探针分子与目标溶液中的所述同一个目标分子的长链核酸上的相应的一个混合目标位点进行杂交反应，并且所述杂交反应包括所述每个混合探针分子的所述多个不同种类的所述探针分子与所述目标溶液中的所述同一个目标分子的长链核酸上的相应的一个混合目标位点包括的多个目标位点均进行杂交反应。
62.根据本公开至少一个实施方式的用于长链核酸检测的生物传感器的修饰方法，所述一个混合目标位点包括的多个目标位点分布于所述同一个目标分子的长链核酸的首端区域、末端区域或首端区域、末端区域和中间区域。
63.根据本公开至少一个实施方式的用于长链核酸检测的生物传感器的修饰方法，所述每个混合探针分子至少包括第一个探针分子，所述第一个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的首端区域，所述每个混合探针分子还至少包括第二个探针分子，所述第二个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的末端区域；或者，所述每个混合探针分子至少包括第一个探针分子，所述第一个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的首端区域，所述每个混合探针分子还至少包括第二个探针分子，所述第二个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的末端区域，所述每个混合探针分子还至少包括第三个探针分子，所述第三个探针分子设计特征为对应所述同一个目标分子的长链核酸的中间区域。
附图说明
64.附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
65.图1是现有技术的场效应晶体管型生物传感器的结构示意图。
66.图2是现有技术的场效应晶体管型生物传感器件的单一探针与目标分子杂交效果示意图。
67.图3是根据本公开的一个实施例的场效应晶体管型生物传感器件的结构示意图。
68.图4是根据本公开的一个实施例的场效应晶体管型生物传感器的混合探针与目标分子杂交原理示意图。
69.图5是根据本公开的一个实施例的场效应晶体管型生物传感器的混合探针与目标分子杂交效果示意图。
70.图6是根据本公开的一个实施例的场效应晶体管生物传感器的检测方法。
71.图7是根据本公开的一个实施例的场效应晶体管生物传感器的循环检测方法。
72.图8是根据本公开的一个实施例的场效应晶体管生物传感器的制备方法。
73.图9是根据本公开的一个实施例的场效应晶体管生物传感器的电极保护方法。
74.图10是根据本公开的一个实施例的场效应晶体管生物传感器的探针分子的修饰方法。
75.图11是根据本公开的一个实施例的生物传感器探针分子的修饰方法。
76.图12至图13是根据本公开的一个实施例的场效应晶体管生物传感器检测灵敏度的效果对比图
77.图14是根据本公开的一个实施例的场效应晶体管生物传感器检测灵敏度的效果对比图
78.图15是根据本公开的一个实施例的场效应晶体管生物传感器检测灵敏度的效果对比图
79.图16是根据本公开的一个实施例的场效应晶体管生物传感器检测灵敏度的效果对比图。
80.附图标记说明
81.100
ꢀꢀ
场效应晶体管型生物传感器
82.110
ꢀꢀ
基底层
83.120
ꢀꢀ
第一电极
84.130
ꢀꢀ
第二电极
85.140
ꢀꢀ
第三电极
86.141
ꢀꢀ
沟道层
87.142
ꢀꢀ
栅介质层
88.150
ꢀꢀ
混合探针层
89.151
ꢀꢀ
混合探针分子
90.152
ꢀꢀ
第一探针分子
91.153
ꢀꢀ
第二探针分子
92.154
ꢀꢀ
第三探针分子
93.155
ꢀꢀ
单一探针分子
94.160
ꢀꢀ
连接质
95.171
ꢀꢀ
第一电极钝化层
96.172
ꢀꢀ
第二电极钝化层
97.200
ꢀꢀ
负电荷骨架。
具体实施方式
98.下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
99.需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。
100.除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。
101.在附图中使用交叉影线和/或阴影通常用于使相邻部件之间的边界变得清晰。如此，除非说明，否则交叉影线或阴影的存在与否均不传达或表示对部件的具体材料、材料性质、尺寸、比例、示出的部件之间的共性和/或部件的任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或者要求。此外，在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。
102.当一个部件被称作“在”另一部件“上”或“之上”、“连接到”或“结合到”另一部件时，该部件可以直接在所述另一部件上、直接连接到或直接结合到所述另一部件，或者可以存在中间部件。然而，当部件被称作“直接在”另一部件“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一部件时，不存在中间部件。为此，术语“连接”可以指物理连接、电气连接等，并且具有或不具有中间部件。
103.为了描述性目的，本公开可使用诸如“在
……
之下”、“在
……
下方”、“在
……
下”、“下”、“在
……
上方”、“上”、“在
……
之上”、“较高的”和“侧(例如，如在“侧壁”中)”等的空间相对术语，从而来描述如附图中示出的一个部件与另一(其它)部件的关系。除了附图中描绘的方位之外，空间相对术语还意图包含设备在使用、操作和/或制造中的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它部件或特征“下方”或“之下”的部件将随后被定位为“在”所述其它部件或特征“上方”。因此，示例性术语“在
……
下方”可以包含“上方”和“下方”两种方位。此外，设备可被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应地解释这里使用的空间相对描述语。
104.这里使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个(种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏
差。
105.图1示出了现有技术的场效应晶体管型生物传感器的结构示意图。
106.如图1所示，现有技术的场效应晶体管型生物传感器100包括基底层110、第一电极120、第二电极130、第三电极140、单一探针分子155。
107.场效应晶体管型生物传感器100的主体包括基底层110、第一电极120、第二电极130、第三电极140。第一电极120可以为源极、第二电极130可以为漏极，第三电极140可以为栅极。第一电极120、第二电极130、第三电极140设置在基底层110上，第一电极120、第二电极130之间相对设置，第三电极140位于第一电极120、第二电极130之间，多个相同种类的单一探针分子155始终固定在第三电极140上。
108.场效应晶体管型生物传感器具有德拜屏蔽长度λd(debye length)。
109.图2示出了现有技术的场效应晶体管型生物传感器件的单一探针与目标分子杂交效果示意图。
110.如图2所示，正常工作时，探针分子140捕获目标溶液中的目标分子，利用目标溶液中目标分子带电荷的特点，第三电极130如栅极上的有效栅压发生变化，引起沟道电阻发生变化，因而输出电流发生变化，从而能够检测目标溶液中的目标分子。
111.探针分子140具有多个，为具有特异性的相同种类的短链小分子，例如，探针分子的探针序列通常为20-30个碱基，只作用于较短的一段特异性片段。
112.当目标分子为具有上万个碱基数的提取的待测微生物、病毒等的长链分子时，如长链dna或者rna，具体的，如sars-cov-2rna。由于存在德拜屏蔽长度λd(debye length)，单个探针分子的序列的捕获部位有限，很难使长链分子如rna靠近传感器表面，而长链rna的负电荷骨架200大部分都在德拜屏蔽长度λd(debye length)之外，在德拜屏蔽长度λd(debye length)范围内的电荷变化较小，最终导致场效应晶体管型生物传感器检测的灵敏度小，并且响应低。
113.图3示出了根据本公开的一个实施例的场效应晶体管型生物传感器件的结构示意图。
114.如图3所示，场效应晶体管型生物传感器100包括基底层110、第一电极120、第二电极130、第三电极140、混合探针层150、连接质160、第一电极钝化层171、第二电极钝化层172。场效应晶体管生物传感器100能够用于长链核酸检测。
115.场效应晶体管型生物传感器100的主体包括基底层110、第一电极120、第二电极130、第三电极140、连接质160、第一电极钝化层171、第二电极钝化层172。
116.第三电极140包括沟道层141和栅介质层142。
117.混合探针层150包括至少一种混合探针分子151。混合探针分子151能够设置为用于长链核酸检测的混合探针分子。
118.混合探针分子151包括不同种类的第一探针分子152、第二探针分子153和第三探针分子154。探针分子能够设置为用于长链核酸检测的探针分子。
119.此处仅为示例，当然，混合探针分子151可以包括多个不同种类的探针分子，而不仅仅现定于三个不同种类的探针分子。如混合探针分子151包括第一探针分子152、第二探针分子153、第三探针分子154、第四探针分子四种探针分子，又如混合探针分子151包括第一探针分子152、第二探针分子153两种探针分子等。
120.并且当然，混合探针层150包括的混合探针分子151也可以包括多种类，每种混合探针分子151所包含的多个不同种类的探针分子至少部分不相同。如包括两种混合探针分子151，第一种混合探针分子151包括第一探针分子152、第二探针分子153和第三探针分子154，而第二种混合探针分子151包括第四探针分子、第五探针分子、第六探针分子，第一探针分子152至第六探针分子为不同种类的探针分子；又如，包括两种混合探针分子151，第一种混合探针分子151包括第一探针分子152、第二探针分子153、第三探针分子154，而第二种混合探针分子151包括第一探针分子152、第二探针分子153、第四探针分子，第一探针分子152至第四探针分子为不同种类的探针分子等。
121.基底层110可以为石英、玻璃、硅片等。
122.沟道层141设置在基底层110的一侧上。沟道层141可以为碳纳米管、石墨烯、二维半导体、硅材料等。
123.第一电极120设置于基底层110的一侧上并且设置于沟道层141的一部分上，第二电极130设置于基底层110的一侧上并且设置于沟道层141的另一部分上，第一电极120与第二电极130位于沟道层141的两侧。第一电极120、第二电极130可以采用钯等高功函数金属形成，也可以采用钪等低功函数金属形成。
124.栅介质层142设置在沟道层141上，栅介质层142位于第一电极120与第二电极130之间。栅介质层142可以为氧化钇、氧化铪、氧化锆等高k栅介质层。
125.多个连接质160设置在栅介质层142上。连接质160为颗粒状，颗粒状的连接质160可以为金纳米颗粒和/或具有化学反应活性的官能团等。
126.混合探针层150设置在多个连接质160中的至少部分连接质160上。
127.一个探针分子固化到一个连接质上，在多个颗粒状的连接质160的至少部分颗粒状的连接质160上固化探针分子，每个颗粒状的连接质160上固化一个探针分子，如第一个颗粒状的连接质160固化探针分子152，第二个颗粒状的连接质160固化探针分子153，第三个颗粒状的连接质160固化探针分子154，探针分子152、探针分子153、探针分子154共同构成混合探针分子151，能够生成多个同种类的混合探针分子151，并且只具有该种类的混合探针分子151。当然如前所述，混合探针分子151也可以包括多种类，每种混合探针分子151所包含的多个不同种类的探针分子至少部分不相同。
128.对第一电极120设置第一电极钝化层171，对第二电极130设置第二电极钝化层172，第一电极钝化层171至少覆盖第一电极120除去第一电极120与基底层110以及沟道层141接触部分之外的表面，第二电极钝化层172至少覆盖第二电极130除去第二电极130与基底层110以及沟道层141接触部分之外的表面，以阻止第一电极120、第二电极130与外界发生反应，影响电极的使用寿命。第一电极钝化层171和第二电极钝化层172可以是各种电子束胶、光刻胶、氮化硅(sinx)或氧化硅等介质形成的薄膜层。
129.接下来，将对混合探针与目标分子杂交原理进行阐述。
130.图4示出了根据本公开的一个实施例的场效应晶体管型生物传感器的混合探针与目标分子杂交原理示意图。
131.每个混合探针分子151设计特征为对应同一个目标分子的长链核酸的首端区域、末端区域或首端区域、末端区域和中间区域；
132.每个混合探针分子151与目标溶液中的同一个目标分子的长链核酸上的相应的一
个混合目标位点进行杂交反应，并且杂交反应包括每个混合探针分子151的多个不同种类的探针分子与目标溶液中的同一个目标分子的长链核酸上的相应的一个混合目标位点包括的多个目标位点均进行杂交反应。
133.如图4所示，混合探针分子151包括探针分子152、探针分子153、探针分子154三种探针分子。
134.探针分子152具有探针序列1：5’shc6-ccataacctttccacataccgcagacgg-3’。
135.探针分子153具有探针序列2：
[0136]5’
shc6-ttaagtgtaaaacccacaggg-3’。探针分子154具有探针序列3：5’shc6-aatctgtcaagcagcagcaa-3’。
[0137]
目标分子包括长链dna，rna，微生物、肿瘤标志物，各种病毒的遗传物质(rna)等，如目标分子为sars-cov-2rna。
[0138]
探针分子152的探针序列1对应的目标分子sars-cov-2rna的杂交序列：
[0139]3’‑
gguauuggaaagguauggcgucugcc-5’。
[0140]
探针分子153的探针序列2对应的目标分子sars-cov-2rna的杂交序列：
[0141]3’‑
aauucacauuuuggguguccc-5’。
[0142]
探针分子154的探针序列3对应的目标分子sars-cov-2rna的杂交序列：
[0143]3’‑
uuagacaguucgucgucguu-5’。
[0144]
每个混合探针分子151与目标溶液中的一个目标分子进行杂交反应，并且杂交反应包括混合探针分子151的多个不同种类的探针分子与一个目标分子均进行杂交反应。
[0145]
目标分子的每个与探针分子的探针序列对应的杂交序列在目标分子的长链dna、rna上具有相应的位点，如长链核酸上，每个上述位点能够作为一个目标位点，与对应的探针分子的探针序列进行杂交，混合目标位点为混合探针分子151包括的多个不同种类的探针分子的探针序列分别对应的目标分子的目标位点的集合，混合目标位点包括多个目标位点。目标分子如病毒目标分子等。
[0146]
探针分子152、探针分子153、探针分子154的各探针序列能够分别与对应的目标分子sars-cov-2rna的杂交序列进行杂交反应。
[0147]
此处仅为示例，当然，每种混合探针分子151与目标溶液中的一种目标分子能够进行杂交反应，杂交反应包括混合探针分子151的多个不同种类的探针分子与一种目标分子均进行杂交反应。可见场效应晶体管型生物传感器100的每个混合探针分子151所包含的多个不同种类的探针分子全部均能够与目标分子进行杂交反应。
[0148]
一个混合目标位点包括的多个目标位点分布于同一个目标分子的长链dna、rna的首端区域、末端区域或首端区域、末端区域和中间区域。目标分子如病毒目标分子等，长链dna、rna如长链核酸等。
[0149]
杂交反应为探针分子的探针序列与目标分子相应区域上对应的目标位点上的杂交序列进行杂交。
[0150]
每个混合探针分子151至少包括第一个探针分子，第一个探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链dna、rna的首端区域，每个混合探针分子151还至少包括第二个探针分子，第二个探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链dna、rna的末端区域；或者，每个混合探针分子151至少包括第一个探针分子，第一个探针分子设计特征为对应同一
个目标分子的长链dna、rna的首端区域，每个混合探针分子151还至少包括第二个探针分子，第二个探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链dna、rna的末端区域，每个混合探针分子151还至少包括第三个探针分子，第三个探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链dna、rna的中间区域。目标分子如病毒目标分子，长链dna、rna如长链核酸等。
[0151]
每个混合探针分子151的多个不同种类的探针分子能够与一个目标分子的多个不同区域进行杂交。如图4所示，每种混合探针分子151包括三个不同种类的探针分子152、探针分子153、探针分子154，三个不同种类的探针分子152、探针分子153、探针分子154能够与目标分子的两个不同区域进行杂交，此处的两个区域分别为目标分子sars-cov-2rna的orf 1ab区域以及n区域。图4中的orf 1ab区域的左端区域即为首端区域，orf 1ab区域的右端区域即为中间区域，n区域即为末端区域。
[0152]
此处仅为示例，当然，每种混合探针分子151所包括的多个不同种类的探针分子能够与目标分子的多个不同区域进行杂交。如图4中的多个不同的区域可以包括orf 1ab区域、s区域、e区域、n区域等等。如混合探针分子151具有五种不同的探针分子，第一探针分子、第二探针分子分别与orf 1ab区域的两端进行杂交，第三探针分子与n区域进行杂交，第四探针分子与s区域进行杂交，第五探针分子与e区域进行杂交，又如混合探针分子151具有两种不同的探针分子，第一探针分子、第二探针分子分别与目标分子的首末两端区域进行杂交，两端区域包括如orf 1ab区域的左端及n区域，等等。orf 1ab区域的左端区域即为首端区域，n区域即为末端区域。
[0153]
每个混合探针分子151的多个不同种类的探针分子中的至少第一个探针分子152、第二个探针分子153能够分别与一个目标分子的多个不同区域中的第一个区域的不同区域进行杂交，而每个混合探针分子151的多个不同种类的探针分子中的至少第三个探针分子154能够与一个目标分子的多个不同区域中的不同于第一个区域的第二个区域进行杂交。
[0154]
如图4所示，探针分子152的探针序列1对应的目标分子sars-cov-2rna的杂交序列、探针分子153的探针序列2对应的目标分子sars-cov-2rna的杂交序列位于orf 1ab区域的两端区域，如左端和右端，探针分子154的探针序列3对应的目标分子sars-cov-2rna的杂交序列位于n区域。探针分子152的探针序列1对应的目标分子sars-cov-2rna的杂交序列、探针分子154的探针序列3对应的目标分子sars-cov-2rna的杂交序列分别位于目标分子sars-cov-2rna的序列的两端区域，如orf 1ab区域左端、n区域，探针分子153的探针序列2对应的目标分子sars-cov-2rna的杂交序列位于目标分子sars-cov-2rna的序列的中部区域，如orf 1ab区域右端。第一个探针分子152、第二个探针分子153能够分别与目标分子如sars-cov-2rna的两个不同区域中的orf 1ab区域的两端区域(如左端和右端)进行杂交，而第三个探针分子154能够与目标分子的两个不同区域中的n区域进行杂交。目标分子如sars-cov-2rna三个杂交序列区域的确定可以尽可能的分散开以更利于三个不同的探针分子与其杂交后更有利于目标分子进入德拜屏蔽长度λd(debye length)的部分更多，从而有利于目标分子的检测。
[0155]
此处仅为示例，当然，多个不同种类的探针分子中的至少第一个探针分子、第二个探针分子能够分别与目标分子的多个不同区域中的第一个区域的不同区域进行杂交，而多个不同种类的探针分子的第三个探针分子能够与目标分子的多个不同区域中的不同于第一个区域的第二个区域进行杂交。每个目标分子的多个区域杂交序列区域的确定可以尽可
能的分散开。多个不同种类的探针分子可以至少包括两种不同种类的探针分子，当然也可以包括三种不同种类的探针分子，如前述的第一个探针分子152、第二个探针分子153、第三个探针分子154。当然多个不同种类的探针分子可以为四个、五个等等其他数值，同时，目标分子上对应的杂交序列区域也可以为四个、五个等等其他数值。
[0156]
如图4所示，通过探针分子152、探针分子153、探针分子154的各探针序列分别与对应的目标分子sars-cov-2rna的杂交序列进行杂交反应，从而能够将目标分子sars-cov-2rna锚定在场效应晶体管型生物传感器100上，从而能够利用第三电极130如栅极上的有效栅压发生变化，引起沟道电阻发生变化，因而输出电流发生变化，从而能够检测目标溶液中的目标分子。
[0157]
结合上述混合探针分子与目标分子杂交原理，当目标分子为病毒分子时，场效应晶体管生物传感器100能够用于长链核酸检测，混合探针分子151可以为用于长链核酸检测的混合探针分子，其可设计特征为对应同一个目标分子的长链核酸的首端区域、末端区域或首端区域、末端区域和中间区域。即混合探针分子151可以只具有两种不同种类的探针分子，例如探针分子152、探针分子153，此两种探针分子能够分别与同一个目标分子的长链核酸的首端区域、末端区域杂交从而捕获目标分子以进行检测；混合探针分子151也可以具有三种不同种类的探针分子，例如探针分子152、探针分子153，探针分子154，此三种探针分子能够分别与同一个目标分子的长链核酸的首端区域、末端区域和中间区域杂交，从而捕获目标分子以进行检测，当然如前所述，混合探针分子151还可以具有其他数值不同种类的探针分子。
[0158]
接下来，将对混合探针与目标分子杂交效果进行阐述。
[0159]
图5示出了根据本公开的一个实施例的场效应晶体管型生物传感器的混合探针与目标分子杂交效果示意图，与现有技术图2的单一探针与目标分子杂交效果示意图对比如下。
[0160]
如图2所示，由于碱基互补配对的特异性，采用单探针检测长链核酸，会使得目标rna的大部分负电荷骨架200在德拜长度以外，从而大部分的目标分子的电荷不能对沟道产生作用，使得德拜长度以外区域的rna所带电荷难以对传感器产生影响。
[0161]
如图5所示，不同的探针分子152的探针序列1、探针分子153的探针序列2、探针分子154的探针序列3会自动与其完全互补的目标分子sars-cov-2rna的序列(探针分子152的探针序列1对应的目标分子sars-cov-2rna的杂交序列、探针分子153的探针序列2对应的目标分子sars-cov-2rna的杂交序列、探针分子154的探针序列3对应的目标分子sars-cov-2rna的杂交序列)相结合，实现针分子152、探针分子153、探针分子154与目标分子sars-cov-2rna杂交，从而使目标分子sars-cov-2rna的两端与中间片段分别被混合探针分子151捕获，整个rna靠近场效应晶体管型生物传感器100表面，使得在德拜屏蔽长度λd(debye length)范围内的电荷发生更大的变化，由于静电感应作用，目标分子sars-cov-2rna分子所带的大量负电荷(electron)会诱导场效应晶体管型生物传感器100中的半导体沟道内产生大量带正电荷的空穴载流子(hole)，场效应晶体管型生物传感器100通过混合探针151与目标分子进行多区域位置的杂交，使得目标分子的负电荷骨架200大部分都在德拜长度之内，从而使得生物信号转换成可被场效应晶体管型生物传感器100检测到的电位信号。相比图2所示的单一探针的捕获能力来说，混合探针通过多个部位的捕获能够更进一步拉近目
标分子sars-cov-2rna与场效应晶体管型生物传感器100之间的距离，使得在德拜长度范围内的电荷变化较大，以至场效应晶体管型生物传感器100的电学信号变化反应较大，从而能够便于检测目标分子，从而增加场效应晶体管型生物传感器100的检测灵敏度和响应。
[0162]
接下来，将对利用前述的场效应晶体管型生物传感器100的检测方法进行阐述。
[0163]
图6示出了根据本公开的一个实施例的场效应晶体管生物传感器的检测方法。如图6所示，该检测方法包括如下步骤。
[0164]
在步骤s110中，将待测目标溶液滴加在场效应晶体管生物传感器的沟道区域，覆盖沟道区域。
[0165]
待测目标溶液可以为配制好的一定体积一定浓度的待测目标溶液，待测目标溶液可以为如前所述的sars-cov-2rna溶液，待测目标溶液包括待测目标分子。
[0166]
覆盖可以采用完全覆盖、部分覆盖等。
[0167]
在步骤s120中，场效应晶体管生物传感器100包括混合探针层150，混合探针层150包括至少一种用于长链核酸检测的混合探针分子151，每个混合探针分子151包括多个不同种类的用于长链核酸检测的探针分子，将混合探针分子151与目标溶液中的目标分子的长链核酸进行杂交反应。
[0168]
每个混合探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链核酸的首端区域、末端区域或首端区域、末端区域和中间区域；
[0169]
每个混合探针分子与目标溶液中的同一个目标分子的长链核酸上的相应的一个混合目标位点进行杂交反应，并且杂交反应包括每个混合探针分子的多个不同种类的探针分子与目标溶液中的同一个目标分子的长链核酸上的相应的一个混合目标位点包括的多个目标位点均进行杂交反应。
[0170]
多个不同种类的探针分子可以为如前的探针分子152、探针分子153、探针分子154。
[0171]
场效应晶体管型生物传感器100通过混合探针151与目标分子如长链dna或rna等进行多区域位置的杂交，使得长链dna或者rna的负电荷骨架200大部分都在德拜长度之内，使得在德拜长度范围内的电荷变化较大，从而使得场效应晶体管型生物传感器100的电学信号变化反应较大，从而能够便于检测目标分子，进而使得场效应晶体管型生物传感器灵敏度高，响应快。
[0172]
在步骤s130中，测试混合探针分子151与目标分子杂交后的场效应晶体管生物传感器100所产生的电学信号，来实现对目标分子的检测。
[0173]
测试的形式包括：
[0174]
将场效应晶体管生物传感器100的第一电极120、第二电极130(如源极、漏极)两端分别接地和给定偏压，采用探针台和/或半导体分析仪测试电学信号；
[0175]
或者，将测试的场效应晶体管生物传感器100进行封装成一次性检测元件，与便携式检测设备连接或者集成测试电学信号。
[0176]
如图7所示，该检测方法包括还可以包括如下步骤。
[0177]
在步骤s141中，检测杂交反应完成后，取出反应后的场效应晶体管生物传感器100。
[0178]
在步骤s142中，清洗场效应晶体管生物传感器100。
[0179]
清晰可以采用溶剂或者去离子水等。
[0180]
在步骤s143中，使场效应晶体管生物传感器100干燥待循环测试。
[0181]
干燥可以采用吹干、晾干、阴干等多种干燥方式，吹干可以采用氮气吹干、惰性气体吹干等。
[0182]
测试混合探针分子151与目标分子杂交后的场效应晶体管生物传感器100所产生的电学信号，来实现对目标分子的检测包括：
[0183]
采用静态测试的方式，测试混合探针分子151与目标分子杂交后的场效应晶体管生物传感器100的转移特性曲线图，转移特性曲线图的纵坐标为场效应晶体管生物传感器100的漏极电流id，转移特性曲线图的横坐标为场效应晶体管生物传感器100的栅极电压vg。
[0184]
或者，采用动态测试的方式，测试混合探针分子151与目标分子杂交后的场效应晶体管生物传感器100的电流时间特性曲线图，电流时间特性曲线图的纵坐标为场效应晶体管生物传感器100的漏极电流id，电流时间特性曲线图的横坐标为时间t。
[0185]
动态测试需要将场效应晶体管生物传感器100放置于稳定的栅压及偏压下，依次加入一定体积的不同浓度待测目标溶液，最终得到电流随时间变化的曲线即电流时间特性曲线图。
[0186]
每个混合探针分子151的多个不同种类的探针分子能够与一个目标分子的多个不同区域进行杂交。
[0187]
每个混合探针分子151的多个不同种类的探针分子中的至少第一个探针分子152、第二个探针分子153能够分别与一个目标分子的多个不同区域中的第一个区域的不同区域进行杂交，而每个混合探针分子151的多个不同种类的探针分子中的至少第三个探针分子154能够与一个目标分子的多个不同区域中的不同于第一个区域的第二个区域进行杂交。
[0188]
目标分子的每个与探针分子的探针序列对应的杂交序列在目标分子的长链dna、rna上具有相应的位点，如长链核酸上，每个上述位点能够作为一个目标位点，与对应的探针分子的探针序列进行杂交，混合目标位点为混合探针分子151包括的多个不同种类的探针分子的探针序列分别对应的目标分子的目标位点的集合，混合目标位点包括多个目标位点。目标分子如病毒目标分子等。
[0189]
一个混合目标位点包括的多个目标位点分布于同一个目标分子的长链dna、rna的首端区域、末端区域或首端区域、末端区域和中间区域。目标分子如病毒目标分子等，长链dna、rna如长链核酸等。
[0190]
杂交反应为探针分子的探针序列与目标分子相应区域上对应的目标位点上的杂交序列进行杂交。
[0191]
每个混合探针分子151至少包括第一个探针分子，第一个探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链dna、rna的首端区域，每个混合探针分子151还至少包括第二个探针分子，第二个探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链dna、rna的末端区域；或者，每个混合探针分子151至少包括第一个探针分子，第一个探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链dna、rna的首端区域，每个混合探针分子151还至少包括第二个探针分子，第二个探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链dna、rna的末端区域，每个混合探针分子151还至少包括第三个探针分子，第三个探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链dna、rna的中间区域。目标分子如病毒目标分子，长链dna、rna如长链核酸等。
[0192]
接下来，将对前述的场效应晶体管型生物传感器100的制备方法进行阐述。
[0193]
图8示出了根据本公开的一个实施例的场效应晶体管生物传感器的制备方法。
[0194]
如图8所示，场效应晶体管生物传感器100采用微纳加工工艺，该制备方法包括如下步骤。
[0195]
在步骤s210中，设置基底层110。
[0196]
基底层110可以为石英、玻璃、硅片等。
[0197]
在步骤s220中，在基底层110的一侧上设置沟道层141。
[0198]
沟道层141可以为碳纳米管、石墨烯、二维半导体、硅材料等。
[0199]
在步骤s230中，设置第一电极120，第一电极120设置于基底层110的一侧上并且设置于沟道层141的一部分上。
[0200]
第一电极120可以采用钯等高功函数金属形成，也可以采用钪等低功函数金属形成。
[0201]
在步骤s240中，设置第二电极130，第二电极130设置于基底层110的一侧上并且设置于沟道层141的另一部分上，第一电极120与第二电极130位于沟道层141的两侧。
[0202]
第二电极130可以采用钯等高功函数金属形成，也可以采用钪等低功函数金属形成。
[0203]
在步骤s250中，在沟道层141上设置栅介质层142。
[0204]
栅介质层142可以为氧化钇、氧化铪、氧化锆等等高k栅介质层。
[0205]
在步骤s260中，在栅介质层142上设置多个连接质160。
[0206]
连接质160为颗粒状，颗粒状的连接质160可以为金纳米颗粒和/或具有化学反应活性的官能团等。
[0207]
在步骤s270中，在多个连接质160中的至少部分连接质上修饰混合探针层150。混合探针层150包括至少一种用于长链核酸检测的混合探针分子151，每个混合探针分子151包括多个不同种类的用于长链核酸检测的探针分子。
[0208]
一个探针分子固化到一个连接质160上。
[0209]
每个混合探针分子151设计特征为对应同一个目标分子的长链核酸的首端区域、末端区域或首端区域、末端区域和中间区域。
[0210]
每个混合探针分子151与目标溶液中的同一个目标分子的长链核酸上的相应的一个混合目标位点进行杂交反应，并且杂交反应包括每个混合探针分子151的多个不同种类的探针分子与目标溶液中的同一个目标分子的长链核酸上的相应的一个混合目标位点包括的多个目标位点均进行杂交反应。
[0211]
一个连接质160上固化一个探针分子。如探针分子152、探针分子153、探针分子154分别固化于不同的连接质160上。
[0212]
多个不同种类的探针分子可以为如前的探针分子152、探针分子153、探针分子154。
[0213]
如图9所示，该制备方法还可以包括如下步骤。
[0214]
在步骤s281中，分别对第一电极120、第二电极130设置第一电极钝化层171、第二电极钝化层172，第一电极钝化层171至少覆盖第一电极120除去第一电极120与基底层110以及沟道层141接触部分之外的表面，第二电极钝化层172至少覆盖第二电极130除去第二
电极130与基底层110以及沟道层141接触部分之外的表面，以阻止第一电极120、第二电极130与外界发生反应，影响第一电极120、第二电极130的使用寿命。
[0215]
第一电极钝化层171和第二电极钝化层172可以是各种电子束胶、光刻胶、氮化硅(sinx)或氧化硅等介质形成的薄膜层。
[0216]
如图10所示，该制备方法还可以包括如下步骤。
[0217]
在步骤s291中，将多种不同种类的探针分子溶液分别加入活化剂，在第一温度中进行完全活化，将多种探针分子溶液充分混合。
[0218]
活化剂可以为巯基活化剂tcep等。
[0219]
第一温度可以为室温或者其他温度等。
[0220]
在步骤s292中，将充分混合的溶液滴加在场效应晶体管生物传感器100主体的沟道区域，覆盖沟道区域，使其在第一温度中反应第一时间；
[0221]
覆盖可以包括完全覆盖、部分覆盖等。
[0222]
第一时间可以为数小时、数十小时等。
[0223]
在步骤s293中，将经过第一时间反应后的场效应晶体管生物传感器100取出，用试剂冲洗掉未连接的探针分子，再使其干燥；
[0224]
试剂可以为1
×
pbs和去离子试剂等。
[0225]
干燥可以采用吹干、晾干、阴干等多种干燥方式，吹干可以采用氮气吹干、惰性气体吹干等。
[0226]
在步骤s294中，再滴加封闭剂，覆盖沟道，在第一温度中孵育第二时间，封闭多余的点位，取出场效应晶体管生物传感器清洗，再使其干燥待用。
[0227]
封闭剂可以为巯基封闭剂mch等。
[0228]
第二时间可以为30分钟、1小时等比第一时间短较多的时间。
[0229]
场效应晶体管型生物传感器100通过混合探针151与目标分子如长链dna或rna等进行多区域位置的杂交，使得长链dna或者rna的负电荷骨架大部分都在德拜长度之内，使得在德拜长度范围内的电荷变化较大，从而使得场效应晶体管型生物传感器100的电学信号变化反应较大，从而能够便于检测目标分子，进而使得场效应晶体管型生物传感器灵敏度高，响应快。
[0230]
每个混合探针分子151的多个不同种类的探针分子能够与一个目标分子的多个不同区域进行杂交。
[0231]
每个混合探针分子151的多个不同种类的探针分子中的至少第一个探针分子152、第二个探针分子153能够分别与一个目标分子的多个不同区域中的第一个区域的不同区域进行杂交，而每个混合探针分子151的多个不同种类的探针分子中的至少第三个探针分子154能够与一个目标分子的多个不同区域中的不同于第一个区域的第二个区域进行杂交。
[0232]
目标分子的每个与探针分子的探针序列对应的杂交序列在目标分子的长链dna、rna上具有相应的位点，如长链核酸上，每个上述位点能够作为一个目标位点，与对应的探针分子的探针序列进行杂交，混合目标位点为混合探针分子151包括的多个不同种类的探针分子的探针序列分别对应的目标分子的目标位点的集合，混合目标位点包括多个目标位点。目标分子如病毒目标分子等。
[0233]
一个混合目标位点包括的多个目标位点分布于同一个目标分子的长链dna、rna的
首端区域、末端区域或首端区域、末端区域和中间区域。目标分子如病毒目标分子等，长链dna、rna如长链核酸等。
[0234]
杂交反应为探针分子的探针序列与目标分子相应区域上对应的目标位点上的杂交序列进行杂交。
[0235]
每个混合探针分子151至少包括第一个探针分子，第一个探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链dna、rna的首端区域，每个混合探针分子151还至少包括第二个探针分子，第二个探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链dna、rna的末端区域；或者，每个混合探针分子151至少包括第一个探针分子，第一个探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链dna、rna的首端区域，每个混合探针分子151还至少包括第二个探针分子，第二个探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链dna、rna的末端区域，每个混合探针分子151还至少包括第三个探针分子，第三个探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链dna、rna的中间区域。目标分子如病毒目标分子，长链dna、rna如长链核酸等。
[0236]
接下来，将对适用于更广阔的生物传感器的修饰方法进行阐述。
[0237]
图11示出了根据本公开的一个实施例的生物传感器的修饰方法。
[0238]
目标分子包括长链dna，rna，微生物、肿瘤标志物，各种病毒的遗传物质(rna)等，如目标分子为sars-cov-2rna。
[0239]
如图11所示，该修饰方法包括如下步骤。
[0240]
在步骤s310中，将多种不同种类的探针分子溶液分别加入活化剂，在第一温度中进行完全活化，将多种探针分子溶液充分混合。
[0241]
活化剂可以为巯基活化剂tcep等。
[0242]
第一温度可以为室温或者其他温度等。
[0243]
在步骤s320中，将充分混合的溶液滴加在生物传感器主体的沟道区域，覆盖沟道区域，使其在第一温度中反应第一时间。
[0244]
生物传感器至少包括基底层、第一电极、第二电极、第三电极、混合探针层、连接质。生物传感器能够用于长链核酸检测。
[0245]
生物传感器的主体至少包括基底层、第一电极、第二电极、第三电极、连接质。
[0246]
第三电极至少包括沟道层和栅介质层。
[0247]
混合探针层包括至少一种混合探针分子151。混合探针分子151能够设置为用于长链核酸检测的混合探针分子。
[0248]
混合探针分子151包括不同种类探针分子，如第一探针分子152、第二探针分子153和第三探针分子154。探针分子能够设置为用于长链核酸检测的探针分子。
[0249]
多个连接质设置在栅介质层上。连接质为颗粒状，颗粒状的连接质可以为金纳米颗粒和/或具有化学反应活性的官能团等。
[0250]
混合探针层设置在多个连接质中的至少部分连接质上。
[0251]
一个探针分子固化到一个连接质上。
[0252]
覆盖可以包括完全覆盖、部分覆盖等。
[0253]
第一时间可以为数小时、数十小时等。
[0254]
在步骤s330中，将经过第一时间反应后的生物传感器取出，用试剂冲洗掉未连接的探针分子，再使其干燥。
[0255]
试剂可以为1
×
pbs和去离子试剂等。
[0256]
干燥可以采用吹干、晾干、阴干等多种干燥方式，吹干可以采用氮气吹干、惰性气体吹干等。
[0257]
在步骤s340中，再滴加封闭剂，覆盖沟道，在第一温度中孵育第二时间，封闭多余的点位，取出生物传感器清洗，再使其干燥待用。
[0258]
封闭剂可以为巯基封闭剂mch等。
[0259]
第二时间可以为30分钟、1小时等比第一时间短较多的时间。
[0260]
待用的生物传感器包括混合探针层，混合探针层包括至少一种用于长链核酸检测的混合探针分子151，每个混合探针分子151包括多个不同种类的用于长链核酸检测的探针分子；
[0261]
每个混合探针分子151设计特征为对应同一个目标分子的长链核酸的首端区域、末端区域或首端区域、末端区域和中间区域；
[0262]
每个混合探针分子151与目标溶液中的同一个目标分子的长链核酸上的相应的一个混合目标位点进行杂交反应，并且杂交反应包括每个混合探针分子151的多个不同种类的探针分子与目标溶液中的同一个目标分子的长链核酸上的相应的一个混合目标位点包括的多个目标位点均进行杂交反应。
[0263]
目标分子的每个与探针分子的探针序列对应的杂交序列在目标分子的长链dna、rna上具有相应的位点，如长链核酸上，每个上述位点能够作为一个目标位点，与对应的探针分子的探针序列进行杂交，混合目标位点为混合探针分子151包括的多个不同种类的探针分子的探针序列分别对应的目标分子的目标位点的集合，混合目标位点包括多个目标位点。目标分子如病毒目标分子等。
[0264]
生物传感器通过混合探针151与目标分子如长链dna或rna等进行多区域位置的杂交，使得长链dna或者rna的负电荷骨架大部分都在德拜长度之内，使得在德拜长度范围内的电荷变化较大，从而使得生物传感器100的电学信号变化反应较大，从而能够便于检测目标分子，进而使得生物传感器灵敏度高，响应快。
[0265]
一个混合目标位点包括的多个目标位点分布于同一个目标分子的长链dna、rna的首端区域、末端区域或首端区域、末端区域和中间区域。目标分子如病毒目标分子等，长链dna、rna如长链核酸等。
[0266]
杂交反应为探针分子的探针序列与目标分子相应区域上对应的目标位点上的杂交序列进行杂交。
[0267]
每个混合探针分子151至少包括第一个探针分子，第一个探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链dna、rna的首端区域，每个混合探针分子151还至少包括第二个探针分子，第二个探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链dna、rna的末端区域；或者，每个混合探针分子151至少包括第一个探针分子，第一个探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链dna、rna的首端区域，每个混合探针分子151还至少包括第二个探针分子，第二个探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链dna、rna的末端区域，每个混合探针分子151还至少包括第三个探针分子，第三个探针分子设计特征为对应同一个目标分子的长链dna、rna的中间区域。目标分子如病毒目标分子，长链dna、rna如长链核酸等。
[0268]
每个混合探针分子151的多个不同种类的探针分子能够与一个目标分子的多个不
同区域进行杂交。
[0269]
每种混合探针分子151可以包括三个不同种类的探针分子152、探针分子153、探针分子154，三个不同种类的探针分子152、探针分子153、探针分子154能够与目标分子的两个不同区域进行杂交，此处的两个区域分别为目标分子sars-cov-2rna的orf 1ab区域以及n区域。orf1ab区域的左端区域即为首端区域，orf 1ab区域的右端区域即为中间区域，n区域即为末端区域。
[0270]
混合探针分子151可以具有两种不同的探针分子，如第一探针分子152、第二探针分子153分别与目标分子的首末两端区域进行杂交，两端区域包括如前所述的sars-cov-2rna的orf 1ab区域的左端及n区域，等。orf 1ab区域的左端区域即为首端区域，n区域即为末端区域。
[0271]
当然，混合探针分子151也可以具有其他数量的不同种类的探针分子，如至少三种，此时杂交可以包括每个混合探针分子151的多个不同种类的探针分子中的至少第一个探针分子152、第二个探针分子153能够分别与一个目标分子的多个不同区域中的第一个区域的不同区域进行杂交，而每个混合探针分子151的多个不同种类的探针分子中的至少第三个探针分子154能够与一个目标分子的多个不同区域中的不同于第一个区域的第二个区域进行杂交。此处仅为示例，当然，每种混合探针分子151所包括的多个不同种类的探针分子能够与目标分子的多个不同区域进行杂交，如前所述的sars-cov-2rna多个不同的区域可以包括orf 1ab区域、s区域、e区域、n区域等等。如混合探针分子151具有五种不同的探针分子，第一探针分子、第二探针分子分别与orf 1ab区域的两端进行杂交，第三探针分子与n区域进行杂交，第四探针分子与s区域进行杂交，第五探针分子与e区域进行杂交，等等。结合上述混合探针分子与目标分子杂交，当目标分子为病毒分子时，生物传感器能够用于长链核酸检测，混合探针分子151可以为用于长链核酸检测的混合探针分子，其可设计特征为对应同一个目标分子的长链核酸的首端区域、末端区域或首端区域、末端区域和中间区域。即混合探针分子151可以只具有两种不同种类的探针分子，例如探针分子152、探针分子153，此两种探针分子能够分别与同一个目标分子的长链核酸的首端区域、末端区域杂交从而捕获目标分子以进行检测；混合探针分子151也可以具有三种不同种类的探针分子，例如探针分子152、探针分子153，探针分子154，此三种探针分子能够分别与同一个目标分子的长链核酸的首端区域、末端区域和中间区域杂交，从而捕获目标分子以进行检测，当然如前所述，混合探针分子151还可以具有其他数值不同种类的探针分子。
[0272]
接下来，将对采用前述的场效应晶体管型生物传感器100进行目标溶液目标分子的检测效果进行阐述。
[0273]
图12至图13示出了根据本公开的一个实施例的场效应晶体管生物传感器检测灵敏度的效果对比图。
[0274]
如图12所示，分别采用单一的探针分子(n-gene探针、orf 1ab-f探针)和混合探针分子对不同浓度的目标溶液rna进行检测，横坐标为浓度范围(ct值越高，表明使用pcr扩增的循环次数越高，原始rna的浓度越低)，从图12中可以看出，混合探针的响应更大一些，在低浓度下比单一探针的灵敏度要高，其中空白对照组为场效应晶体管型生物传感器100在去离子水中的测试结果。
[0275]
将图12中的响应大小与浓度关系提取并拟合得到图13发现，单一探针对rna产生
的相应大小随成线性增加，但是总体小于混合探针与rna作用之后的响应大小，进一步证明混合探针对提高传感器响应具有积极作用。
[0276]
图14示出了根据本公开的一个实施例的场效应晶体管生物传感器检测灵敏度的效果对比图。
[0277]
为了证明具有混合探针的场效应晶体管型生物传感器100的使用性，如图14所示，提取了20组病人样本rna与10组健康样本rna进行检测，每个rna样本均采用九个场效应晶体管型生物传感器100进行测试并取平均值，结果发现具有混合探针的场效应晶体管型生物传感器100可以有效的对临床样本进行区分。
[0278]
图15示出了根据本公开的一个实施例的场效应晶体管生物传感器检测灵敏度的效果对比图。
[0279]
如图15所示，采用具有混合探针的场效应晶体管型生物传感器100能够快速区分出健康人与具有病毒的病人，通过快速捕获病毒的rna从而使得场效应晶体管型生物传感器100的导通电信号如的漏极电流id随时间的变化而出现不同的显著的差别，从而快速区别出7#健康人样本与#6号具有病毒的病人样本。
[0280]
图16示出了根据本公开的一个实施例的场效应晶体管生物传感器检测灵敏度的效果对比图。
[0281]
如图16所示，采用与图15同样的方式，同样可以快速区别出7#健康人样本与#10号具有病毒的病人样本。
[0282]
采用混合探针检测，可以对临床提取的病毒rna实现快速检测,响应时间小于1分钟。
[0283]
本公开的场效应晶体管型生物传感器100得益于半导体碳纳米管的超薄特性，晶体管放大效应更加显著，因而极少量的生物分子结合就可以产生显著的电学传感信号输出，可以实现超低浓度生物分子的无扩增快速检测。同时在信号采集上，相比于传统基于荧光和显色标记等方式的检测方法，电学信号输出无需光学转换单元，检测设备更加小型简单，适用于便携式现场或床旁检测应用。
[0284]
同时，探针序列通常为20-30个碱基，只作用于较短的一段特异性片段，因此对于具有上万个碱基数的提取的长链待测微生物、病毒等的dna或者rna来说，传统的生物传感器单个探针序列对长链dna或者rna的捕获效率低，由于单个探针序列的捕获部位有限，很难使长链dna或者rna靠近传感器表面，而长链dna或者rna的负电荷骨架大部分都在德拜长度之外，在德拜长度范围内的电荷变化较小，最终导致传感器灵敏度小，响应低。本公开的场效应晶体管型生物传感器通过混合探针与目标分子如长链dna或rna等进行多区域位置的杂交，使得长链dna或者rna的负电荷骨架大部分都在德拜长度之内，使得在德拜长度范围内的电荷变化较大，从而使得场效应晶体管型生物传感器的电学信号变化反应较大，从而能够便于检测目标分子，进而使得场效应晶体管型生物传感器灵敏度高，响应快。
[0285]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，
在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
[0286]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0287]
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。