DNA場效應管傳感器的分子設計

3　基體傳感器的設計及敏感柵的制備

基體傳感器的設計：

選用P型硅材料，芯片面積2×2mm2，溝道長度為30μm，采用半導體集成工藝制備，DNA版圖示意見圖3。

圖3　DNA傳感器版圖示意圖

敏感柵的制備：

敏感柵采用自組裝單分子膜技術，包括表面處理、表面化學修飾、自組裝工藝等三個環(huán)節(jié)，其實質是連續(xù)手臂的選擇和DNA與手臂的連接[2]。

4　雜交指示劑的設計

為了提高檢測靈敏度，必須研制、應用雜交指示劑[3，4]。雜交指示劑是一類能與ssDNA和dsDNA以不同方式相互結合的物質，雜交指示劑與DNA分子的結合有三種基本模式：(1)雜交指示劑與DNA分子雙螺旋的堿基對之間的大溝槽相互作用，產生嵌入作用;(2)雜交指示劑與DNA分子雙螺旋的堿基對之間的小溝槽相互作用而結合，產生耦合作用;(3)雜交指示劑與DNA分子的帶負電荷的核酸—磷酸基骨架之間的靜電相互作用。無論哪一種結合都會使DNA分子變成“夾心面包”導致幾何狀態(tài)的畸變，基于雜交指示劑與ssDNA和dsDNA選擇性結合能力的差異，雜交指示劑的選用將大大提高傳感器的靈敏度。

分子設計新型雜交指示劑，一方面要設計雙嵌合劑、三嵌合劑以便產生“分子剪刀”功能，另一方面要增加離域化π電子共軛鍵，有利于在外電場作用下電子在鍵中的傳遞。

5　信號測量系統(tǒng)的設計

為了自動測量DNA傳感器輸出特性，設計以微型計算機為主體的測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一臺IBM-AT微機、DT2801型A/D及D/A輸入/輸出接口板和電壓/電流轉換器組成[5]。DNA特性曲線自動測量方框圖見圖4。

本系統(tǒng)具有菜單、復位、置位、查錯、測試、顯示及打印特性曲線等功能，并建立多道測量技術，以提高檢測的可靠性。

圖4　DNA傳感器特性曲線自動測量系統(tǒng)方框圖

6　結　語

DNA場效應管傳感器探測的是DNA分子之間的相互作用，靈敏度高、響應快，其靈敏度可達ng級，甚至pg級。由于該傳感器采用半導體集成技術制備，可實現(xiàn)陣列化，并可實現(xiàn)多基因的同步檢測。據(jù)此，加強DNA場效應管傳感器的穩(wěn)定性和可靠性研究，可望在“基因診斷”中占有一席之地。

7　參考文獻

[1]　Tsuruta H,et al.Detection of the products of polymerase chain reaction by an ELISA system based on an ion sensitive field effect transistor.J Immunol Method,1994,176(1):45

[2] Wood S J.DNA-DNA hybridization in real time using BIAcore.Microchem J,1993,47:330

[3] 龐代文，等。DNA的電化學研究?；瘜W通報，1994，2：1

[4]　Hashimoto K,et al.Novel DNA sensor for electrochemical gene detection.Anal Chim Acta,1994,286:219

[5]　聶邦畿。微機在ISFET特性測量中的應用?，F(xiàn)代醫(yī)學儀器與應用，1997，4：2