基于离子敏感场效应晶体管的生物传感器阵列

摘要

本发明涉及基于离子敏感场效应晶体管的生物传感器阵列，包括行生物传感器、列生物传感器、行译码器电路、列译码器电路、控制逻辑电路，所述行生物传感器与行译码器电路连接，所述列生物传感器与列译码器电路连接，所述控制逻辑电路耦合到所述行译码器电路与列译码器电路中。本发明所述基于离子敏感场效应晶体管的生物传感器阵列的优越效果在于：所述生物传感器阵列极大地覆盖了检测面积，通过对生物传感器阵列内部大量传感器的测量，实时快速对多个目标同时检测，极大地降低了检测的统计误差，从而提高了检测的精确性和可重复性。

说明书

技术领域

本发明属于生物传感器领域，具体涉及一种基于离子敏感场效应晶体管的生物传感器 阵列。

背景技术

生物传感器自1962年由Clark和Lyons提出以来，在发酵工艺、环境监测、食品工程、 临床医学、军事及军事医学等方面得到了深度重视和广泛应用。初期的生物传感器主要是以 研制酶电极制作的生物传感器为主，但是由于酶制剂价格昂贵，且稳定性较差，因此以酶生 物传感器的应用受到一定限制。近些年来，随着分子生物学和微生物固定化技术的不断发展， DNA传感器和微生物细胞传感器逐渐成为生物传感器发展的主流。微生物传感器可以真实的 评价环境中目标物质的生物效应，相关研究结果表明其具有稳定性和可靠性，与传统分析方 法相比具有高度的准确性。微生物传感器检测方法简单易行，可直接应用于水样，或经过预 处理用于复杂样品，而其低成本和快速响应的特点，可以满足此领域市场的需要，兼备操作 简单和可实现定量测定等优点。在环境工程应用领域，生物传感器可以用于特定污染物污染 场地与水体的环境评价，也可以用于特定污染物污染场地与水体的污染水平检测。在医药健 康领域，生物传感器可以用于疾病诊断和药物控释。

生物传感器为一种分析装置，用于侦测类似生物分子等目标分子。目前，生物传感器包 括光学和电子传感器两大类。

光学生物传感器包括金属薄膜，其能够与光线相互作用，并在该金属薄膜表面上产生电 磁波。该电磁波会在入射光线的一特定角度与一特定波长之下发生，因此高度相关于该金属 薄膜的表面。当一生物分子附着在该金属薄膜上时，可产生一可测量的信号。

电子生物传感器包括传统的离子敏感场效应晶体管和纳米线场效应晶体管。电子生物传 感器克服光学传感器的缺点，由于本身具有体积小，成本低，以及无须使用标签，实时快速， 和多个目标同时检测等优点，电子生物感应器更有利于便携式检测和未来的家庭诊断。

在医学生物检测和化学分析领域，常使用生物化学传感器来量化目标分析物样品中的分 子的系统和方法是现代分析测量的基石。快捷低价的检测系统和方法对于许多领域都有非常 重要的应用，如生命科学研究、医疗保健、疾病诊断、药物开发、环境监测、食品安全和生 物恐怖主义，都需要依靠生物传感器来检测特异性、检测速度和灵敏度。

现有技术中公开的生物传感器结构复杂、实用性差；而生物传感器阵列都是基于现有 生物传感器的排列组合，即现有的生物传感器阵列同样上述缺点，为了解决现有技术中的 问题，本发明提出一种基于离子敏感场效应晶体管的生物传感器阵列。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明公开一种基于离子敏感场效应晶体管的生物传感 器阵列。

本发明是通过以下技术方案实现的：

基于离子敏感场效应晶体管的生物传感器阵列，包括行生物传感器、列生物传感器、行 译码器电路、列译码器电路、控制逻辑电路，所述行生物传感器与行译码器电路连接，所述 列生物传感器与列译码器电路连接，所述控制逻辑电路耦合到所述行译码器电路与列译码器 电路中。

进一步地，所述行生物传感器是由生物传感器以行排列形成的，所述列生物传感器是由 生物传感器以列排列形成的。

进一步地，所述行生物传感器与行生物传感器、列生物传感器与列生物传感器、行生物 传感器与列生物传感器之间的距离在0.2微米到500微米之间。

进一步地，所述生物传感器包括底座、晶体管、导电电极，所述导电电极和晶体管分离 设置在所述底座上；所述晶体管包括沟道、源极、漏极、栅极电介质，所述沟道两端分别与 所述源极、漏极相连，所述沟道上设有栅极电介质，所述沟道是蜿蜒纳米线沟道，所述栅极 电介质上设有探针。

更进一步地，所述沟道宽度在5纳米到50微米之间。

更进一步地，所述晶体管是离子敏感场效应晶体管。

更进一步地，所述晶体管是纳米线场效应晶体管。

更进一步地，所述晶体管是鳍式场效应晶体管。

与现有技术相比，本发明所述基于离子敏感场效应晶体管的生物传感器阵列的优越效 果在于：所述生物传感器阵列极大地覆盖了检测面积，通过对生物传感器阵列内部大量传 感器的测量，实时快速对多个目标同时检测，极大地降低了检测的统计误差，从而提高了 检测的精确性和可重复性。

附图说明

图1为本发明所述基于离子敏感场效应晶体管的生物传感器阵列结构图；

图2为本发明所述生物传感器阵列采用的锯齿形生物传感器结构图；

图3为本发明所述生物传感器阵列采用的螺旋形生物传感器结构图；

图4为本发明所述生物传感器阵列采用的蛇形生物传感器结构图；

图5为使用本发明所述生物传感器阵列来实现数字式检测信号读取示意图。

附图标识说明：

1-行生物传感器、11-导电电极、121-沟道、122-源极、123-漏极、2-列生物传感器、3-行译 码器电路、4-列译码器电路、5-控制逻辑电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。

如附图1-5所示，基于离子敏感场效应晶体管的生物传感器阵列，包括行生物传感器1、 列生物传感器2、行译码器电路3、列译码器电路4、控制逻辑电路5，所述行生物传感器1与行 译码器电路3连接，所述列生物传感器2与列译码器电路4连接，所述控制逻辑电路5耦合到所 述行译码器电路2与列译码器电路4中。

所述行生物传感器1是由生物传感器以行排列形成的，所述列生物传感器2是由生物传感 器以列排列形成的。

所述行生物传感器1与行生物传感器1、列生物传感器2与列生物传感器2、行生物传感器1 与列生物传感器2之间的距离在0.2微米到500微米之间。

所述生物传感器包括底座、晶体管、导电电极11，所述导电电极11和晶体管分离设置在 所述底座上；所述晶体管包括沟道121、源极122、漏极123、栅极电介质（图中未示），所述 沟道121两端分别与所述源极122、漏极123相连，所述沟道121上设有栅极电介质，所述沟道 121是蜿蜒纳米线沟道，所述栅极电介质上设有探针（图中未示）。

所述沟道121宽度在5纳米到50微米之间。

所述晶体管是离子敏感场效应晶体管。

所述晶体管是纳米线场效应晶体管。

所述晶体管是鳍式场效应晶体管。

所述沟道121呈蛇形、锯齿形、螺旋形。

所述沟道121的材料是硅、锗、碳、石墨烯中的一种。

所述沟道121的材料是硅锗、砷化镓、磷化砷复合材料中的一种。

本发明所述的行译码器电路2和列译码器电路4均为译码器电路，属于现有技术。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员 可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。