專利名稱：：薄膜晶體管上的生物傳感器的制作方法薄膜晶體管上的生物傳感器描述本發(fā)明涉及傳感器，特別地，基于有機(jī)薄膜晶體管的生物傳感器。用于生物分子例如DNA或蛋白質(zhì)的快速且高靈敏性測(cè)定對(duì)于范圍從基因分型至分子診斷的眾多應(yīng)用已吸引了極大的關(guān)注。然而，對(duì)于DNA分析，例如基于微陣列和實(shí)時(shí)PCR的常規(guī)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)涉及昂貴的檢測(cè)方案，通常需要熒光染料和光源/檢測(cè)器。然而，該方法已成為用于定量表面固定的探針與熒光標(biāo)記的DNA靶之間的雜交程度的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。無(wú)標(biāo)記、快速、高度選擇性和靈敏性雜交平臺(tái)的開(kāi)發(fā)將對(duì)范圍從基因組測(cè)序至病原體鑒定的應(yīng)用具有重大影響。化學(xué)檢測(cè)研究的最近進(jìn)展(部分得益于有機(jī)電子學(xué)取得的迅猛進(jìn)展)已經(jīng)對(duì)于目前光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)的切實(shí)可行的低成本替代方案顯示了遠(yuǎn)大的前景(Roberts，M.E.等人Water-stableorganictransistorsandtheirapplicationinchemicalandbiologicalsensors.Proc.Natl.Acad.Sc1.105,12134-12139(2008))。有機(jī)晶體管技術(shù)在化學(xué)傳感器中的應(yīng)用特別鼓舞人心。該簡(jiǎn)單平臺(tái)允許建造用于檢測(cè)許多分析物種類的低成本、大面積和靈活的裝置，所述裝置具有空氣穩(wěn)定性、低功耗、生物相容性以及溫和表面修飾。雖然OTFT(有機(jī)薄膜晶體管)的性能在過(guò)去十年已有顯著提高,但電性能在環(huán)境空氣、水或緩沖液中的衰退是實(shí)現(xiàn)基于OTFT的商業(yè)裝置的重大問(wèn)題。因此，OTFT的鈍化傾向變得很普遍并且已使用單層或多層有機(jī)/聚合物材料進(jìn)行廣泛研究。然而，利用厚層封裝基于有機(jī)半導(dǎo)體的電子器件因厚的封裝涂層不再導(dǎo)致晶體管性質(zhì)的改變而引起表面上的該變化。此外，問(wèn)題是封裝層需要被官能化以使得能與分析物分子相互作用。含水系統(tǒng)中的有功能的便攜式、強(qiáng)勁的基于OTFT的傳感器的開(kāi)發(fā)仍然面臨許多挑戰(zhàn)。因此，本發(fā)明的目的是提供傳感器，特別地，在測(cè)量介質(zhì)例如水或緩沖液中穩(wěn)定的，并且同時(shí)具有能夠與待分析的分子相互作用的生物官能化表面的生物傳感器。根據(jù)本發(fā)明，所述目的通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)，所述傳感器包括⑴晶體管，包括(a)柵極層，(b)介電層，(c)半導(dǎo)體層，(d)源極和(e)漏極，和(ii)提供待檢測(cè)的分子的偶聯(lián)和提供晶體管的穩(wěn)定化的層，所述偶聯(lián)/穩(wěn)定化層覆蓋晶體管的半導(dǎo)體層的至少一部分。根據(jù)本發(fā)明的傳感器包括至少一部分被偶聯(lián)/穩(wěn)定化層覆蓋的晶體管。偶聯(lián)/穩(wěn)定化層允許偶聯(lián)或結(jié)合待檢測(cè)的分子。此外，該層穩(wěn)定晶體管，特別地當(dāng)在含水介質(zhì)或緩沖液介質(zhì)中使用傳感器時(shí)。因此本發(fā)明提供了可靠且廉價(jià)的生物傳感器，該傳感器將待檢測(cè)的分子，特別地生物分子例如DNA或蛋白質(zhì)的結(jié)合實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。所述傳感機(jī)制的基礎(chǔ)由晶體管，特別地，有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)提供。由本發(fā)明提供的偶聯(lián)/穩(wěn)定化層允許在含水介質(zhì)或緩沖液介質(zhì)中使用晶體管，特別是0TFT，在所述含水介質(zhì)或緩沖液介質(zhì)中通常提供分析物例如生物分子的。含水介質(zhì)對(duì)電子器件功能的破壞，如迄今觀察到的，被根據(jù)本發(fā)明的偶聯(lián)/穩(wěn)定化層防止。特別地，防止了晶體管快速且大量地喪失其性能，以及防止了一些層被破壞或它們自身脫離，或防止它們的功能受損。在另一個(gè)方面，本發(fā)明的偶聯(lián)/穩(wěn)定化層允許在含水介質(zhì)或緩沖液介質(zhì)中待檢測(cè)的分子的結(jié)合，從而允許鑒定待檢測(cè)的分子。最后，本發(fā)明的偶聯(lián)/穩(wěn)定化層不對(duì)電子元件即晶體管的功能產(chǎn)生不利影響。基于廉價(jià)的電子元件即晶體管，特別地，基于有機(jī)晶體管(OTFT)，根據(jù)本發(fā)明，可以通過(guò)將層涂覆至源極與漏極之間的半導(dǎo)體層上，以獲得作為在含水或生理緩沖液中操作傳感器的保護(hù)層的分子屏障和捕獲或或探針?lè)肿优c分析物之間的特異性識(shí)別反應(yīng)所需的功能層。根據(jù)本發(fā)明，在偶聯(lián)/穩(wěn)定化層存在的情況下，使得能夠鑒定結(jié)合的分析物分子和將結(jié)合轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，這首先歸因于這樣的事實(shí)所述層優(yōu)選極薄，具有優(yōu)選達(dá)到800nm,更優(yōu)選達(dá)到500nm,特別地達(dá)到300nm,更優(yōu)選達(dá)到IOOnm,特別地達(dá)到50nm和最優(yōu)選達(dá)到20nm的厚度。偶聯(lián)/穩(wěn)定化層優(yōu)選具有至少Inm,更優(yōu)選至少2nm,特別地至少5nm和更優(yōu)選至少IOnm的厚度。此類薄層的涂覆用可通過(guò)旋涂來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，優(yōu)選，根據(jù)本發(fā)明通過(guò)等離子體沉積，特別地通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積來(lái)涂覆層。通過(guò)經(jīng)由等離子體聚合來(lái)涂覆偶聯(lián)/穩(wěn)定化層，可涂覆極薄的層，電子元件的功能既不在涂覆過(guò)程中受損也不被涂覆的薄涂層損害。通過(guò)等離子體聚合，優(yōu)選通過(guò)在真空中的等離子體聚合，可將層涂覆在晶體管上，特別地OTFT上，而無(wú)OTFT的靈敏材料由此被破壞。同時(shí)，通過(guò)利用本發(fā)明的方法，特別地通過(guò)等離子體沉積，優(yōu)選通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積，更優(yōu)選通過(guò)等離子體聚合涂覆偶聯(lián)/穩(wěn)定化層，可以將偶聯(lián)基團(tuán)摻入所述層中，同時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)定化層。或者，此類方法允許在聚合過(guò)程中不交聯(lián)全部反應(yīng)性基團(tuán)，以便部分反應(yīng)性基團(tuán)得到保留，探針?lè)肿踊虿东@分子隨后可結(jié)合于所述反應(yīng)性基團(tuán)。捕獲或探針?lè)肿拥慕Y(jié)合優(yōu)選為共價(jià)的。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，例如，可首先通過(guò)等離子體聚合形成有機(jī)聚合物層，隨后對(duì)所述層進(jìn)行生物官能化來(lái)獲得偶聯(lián)/穩(wěn)定化層。關(guān)于生物官能化，可使用常規(guī)濕化學(xué)法以獲得傳感器的特異性靈敏性，例如用于特定DNA序列，用于特異性抗體或用于特異性標(biāo)志物質(zhì)的檢測(cè)。本發(fā)明的傳感器提供了許多有利方面。例如，可以以這樣的方式設(shè)計(jì)偶聯(lián)/穩(wěn)定化層以便可使用用于特異性檢測(cè)的所有常用機(jī)制，例如轉(zhuǎn)導(dǎo)物(transducer)-固定的捕獲DNA鏈和與其共互補(bǔ)的分析物DNA序列(來(lái)自測(cè)試溶液)之間的序列特異性雜交，或抗原分析物例如特定癌癥標(biāo)志物與固定在偶聯(lián)/穩(wěn)定化層中的相應(yīng)抗體的結(jié)合。本發(fā)明的傳感器的特別有利的方面為可檢測(cè)分析物而無(wú)需連接于分析物的標(biāo)記或標(biāo)志物分子。因此，可進(jìn)行完全無(wú)標(biāo)記的檢測(cè)。根據(jù)本發(fā)明的傳感器還允許原位和實(shí)時(shí)檢測(cè)。因此，除了分析物的定性或定量測(cè)定外，還可測(cè)定和定量?jī)蓚€(gè)結(jié)合伴侶之間的結(jié)合親和力和相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)反應(yīng)速率。測(cè)試溶液中的分析物濃度可能，特別地通過(guò)使用結(jié)合之前、期間和之后測(cè)量的電信號(hào)來(lái)定量測(cè)量。所得的電信號(hào)改變可被快速記錄。此外，還可例如利用計(jì)算機(jī)來(lái)容易地進(jìn)一步處理電測(cè)量信號(hào)。本發(fā)明的傳感器的性質(zhì)還允許以多路方式(multiplexmode)平行讀出在整個(gè)晶體管陣列的相應(yīng)地官能化的測(cè)量元件上同時(shí)進(jìn)行的許多分析物測(cè)定。所使用的來(lái)自有機(jī)電子器件(塑料電子器件)的元件允許進(jìn)行極廉價(jià)的生產(chǎn)，由此單個(gè)傳感器可提供為一次性使用的測(cè)量芯片。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)旋涂涂覆穩(wěn)定化層。優(yōu)選，將全氟化碳用作用于所述方法的層材料。通過(guò)旋涂涂覆的特別優(yōu)選的偶聯(lián)/穩(wěn)定化層包含CYTOP(環(huán)狀透明光學(xué)聚合物)，由具有下式的cf2=cf-o-cf2-cf2-cf=cf2制造的完全氟化聚合物。權(quán)利要求1.一種傳感器,包括(i)晶體管，包括(a)柵極層，(b)介電層，(C)半導(dǎo)體層，(d)源極和(e)漏極,和(ii)提供待檢測(cè)的分子的偶聯(lián)和提供晶體管的穩(wěn)定化的層，所述偶聯(lián)/穩(wěn)定化層覆蓋晶體管的半導(dǎo)體層的至少一部分。2.權(quán)利要求I的傳感器，其中偶聯(lián)/穩(wěn)定化層具有Inm至800nm,特別地5nm至50nm的厚度。3.權(quán)利要求I或2的傳感器，其中通過(guò)等離子體沉積，特別地通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積和/或通過(guò)旋涂涂覆偶聯(lián)/穩(wěn)定化層。4.前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)的傳感器，其中偶聯(lián)/穩(wěn)定化層包括聚馬來(lái)酸酐、聚PFDMCH和/或CYTOP。5.前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)的傳感器，其中偶聯(lián)/穩(wěn)定化層包括針對(duì)待檢測(cè)的分子的分子探針，特別地，針對(duì)DNA或蛋白質(zhì)的分子探針。6.前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)的傳感器，其用于在含水介質(zhì)中，特別地在緩沖液中傳感生物分子。7.前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)的傳感器，其中所述晶體管為有機(jī)薄膜晶體管。8.前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)的傳感器，其在<2V的低電壓時(shí)是可操作的。9.前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)的傳感器，其中所述介電層為有機(jī)層，特別地為交聯(lián)的PVP和/或CYTOP的層。10.前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)的傳感器，其中所述半導(dǎo)體層為有機(jī)層，特別地為包含DDFITF、二己基FTTF和/或并五苯的層。全文摘要本發(fā)明涉及傳感器，特別地基于有機(jī)薄膜晶體管的生物傳感器。文檔編號(hào)G01N27/414GK102985813SQ201180021950公開(kāi)日2013年3月20日申請(qǐng)日期2011年3月18日優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日發(fā)明者沃爾夫?qū)た酥Z爾申請(qǐng)人:沃爾夫?qū)た酥Z爾