InP基HEMT肿瘤标志物传感器及制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件以及生物化学领域，特别是利用InP基高电子迁移率晶体管(HEMT)研制的检测肿瘤标志物传感器及其制作方法。
【背景技术】
[0002]《2012年中国肿瘤登记年报》数据显示，近二十年来我国肿瘤发病率持续增高，全国每分钟就有6人被诊断为恶性肿瘤，我国居民一生中罹患癌症的概率为22%。肺癌、肝癌、胃癌、食管癌、结直肠癌、乳腺癌无时无刻不威胁着人们的生命。早期发现、早期诊断、早期治疗能够提闻患者的生存几率，为治愈癌症患者提供机会。
[0003]肿瘤标志物是一类在患者体内含量远高于健康成人体内含量的物质，它们的存在和量变可以为诊断肿瘤的类型以及性质提供科学依据，目前已经成为肿瘤诊断以及临床治疗中的重要辅助手段。通过检测癌胚蛋白(CEA)、神经元特异性烯醇化酶(NSE)、细胞角蛋白(CK)、鳞状细胞癌抗原(SCCA)可以有效的诊断肺癌，从而进行预防治疗；通过检测甲胎蛋白(AFP)、癌胚蛋白(CEA)、CA199、CA125、CA242、铁蛋白、CA50等可以在胃癌诊断以及治疗起到重要作用；此外通过检测肿瘤标志物，在肝癌、食管癌、乳腺癌等的早期诊断与治疗中也发挥了重要的作用。
[0004]现有的肿瘤标志物传感器目前临床上检测肿瘤标志物一般采用标记免疫分析，它们的基本原理相同，只是依标记物的不同而最终测量到的信号各异。已被广泛应用的检测方法主要有:放射免疫分析(RIA)、酶免疫分析(EIA)、时间分辨荧光免疫分析(TFIA)和化学发光免疫分析(CLIA)。RIA问世于20世纪60年代，虽然随着技术的进步，采用固相试管法，简化步骤，稳定性提高，但是其放射性污染不容忽视。EIA具有标志物制备简单，有效期长，对环境无污染的优点，90年代后期引入放大系统后检测灵敏度赶超RIA技术，但是前两种技术的检测极限只在mol/L量级。1981年,Pannagli将化学发光原理与免疫反应结合起来，建立了化学发光免疫分析法(CLIA)，这种方法虽然灵敏度可以达到放免的水平，但是影响检测结果的因素较多，稳定性较差，而且在发生化学反应之后，样品的发光无法再现。时间分辨荧光免疫分析(TFIA)和化学发光免疫分析(CLIA)均是利用肿瘤标志物与敏感膜化学反应产生的荧光实现对样品的检测，普通的荧光标志物荧光寿命非常短，这都是影响检测灵敏度的要素。
【发明内容】
[0005](一 )要解决的技术问题
[0006]本发明所要解决的技术问题是提高肿瘤标志物检测的灵敏度，使其达到皮克/毫升量级，同时提高检测速度。
[0007]现有的肿瘤标志物检测技术的缺点在于检测极限只能达到毫克/毫升，另外特异性标记物的合成相对困难，采用荧光特性的检测虽然灵敏度有所提高，但是响应速度相对较慢。
[0008]( 二)技术方案
[0009]为解决上述技术问题，本发明提出一种InP基HEMT肿瘤标志物传感器，用于检测肿瘤标志物，包括=InP基HEMT换能器，其包括源极、漏极和栅极；生物分子载体，形成于所述换能器的栅极；生物敏感膜，附着于所述生物分子载体，该生物敏感膜能特异性识别肿瘤标志物，受到肿瘤标志物本身电荷的影响，使得所述栅极表面电荷分布发生变化，进而影响所述换能器沟道中二维电子气浓度，使得换能器的源漏电流发生变化。
[0010]根据本发明的一种实施方式，所述生物分子载体为金属、金属纳米颗粒、金胶、金属氧化物纳米材料等。
[0011]根据本发明的一种实施方式，所述生物分子载体具有栅压元件，所述栅压元件用于施加电压。
[0012]根据本发明的一种实施方式，栅极区域面积分布在1000?1500 μ m2之间。
[0013]同时，本发明还提出一种制作InP基HEMT肿瘤标志物传感器的方法，包括如下步骤:步骤S1:制备InP基HEMT ;步骤S2:在所述InP基HEMT上制作源、漏电极；步骤S3:在所述InP基HEMT的栅极区域制作生物敏感膜的生物分子载体；步骤S4:在栅极区域的生物敏感膜上制备生物敏感膜，该生物敏感膜能特异性识别肿瘤标志物，受到肿瘤标志物本身电荷的影响，使得所述栅极表面电荷分布发生变化，进而影响所述换能器沟道中二维电子气浓度，使得换能器的源漏电流发生变化。
[0014]根据本发明的一种实施方式，所述生物分子载体为Au纳米颗粒，所述步骤S4为:通过使用半胱胺溶液与所述生物分子载体进行反应，形成S-Au键，再使用戊二醛溶液，使其与所述半胱胺反应键合，通过使用抗体形成生物敏感膜，通过使用硼氢化钠溶液阻塞钝化残余戊二醛。
[0015]根据本发明的一种实施方式，所述步骤S4为:通过使用巯基丁二胺水溶液、RuCl3溶液以及金胶在所述栅极固定相应抗体得到生物敏感膜。
[0016]根据本发明的一种实施方式，所述生物分子载体为Au纳米颗粒，所述步骤S4为:通过将生物分子载体浸泡到巯基丁二胺水溶液中形成自组装分子层，再通过向所述栅极滴加RuCl3溶液反应一段时间后，再在金胶中浸泡，接着向栅极滴加抗体溶液，室温下进行反应从而固定该抗体。
[0017](三)有益效果
[0018]本发明的优点在于结合InP基HEMT高迁移率、低噪声的优点研制的肿瘤标志物传感器，可以将肿瘤标志物的检测极限提升到一个新的高度，预计可达到pg/mL甚至fg/mL量级，为恶性肿瘤的预防医治提供先机。
【附图说明】
[0019]图1是本发明的InP基HEMT肿瘤标标物传感器的一个实施例的结构示意图；
[0020]图2是本发明中用于生物传感器的有栅压元件的InP基HEMT肿瘤标标物传感器结构示意图；
[0021]图3是本发明中用于生物传感器的无栅压元件的InP基HEMT肿瘤标标物传感器结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]InP基HEMT具有更高的电子迁移率、电子漂移速度和饱和漂移速率、二维电子气浓度等，且具有低噪声、导热性能更好的特性，本发明的发明人将其应用于肿瘤标志物传感器中，以期大大提高器件的检测灵敏度、响应速率等。
[0023]本发明的用于InP基HEMT肿瘤标志物传感器包括InP基HEMT换能器、生物分子载体和生物敏感膜。所述换能器包括源极、漏极和栅极，所述生物分子载体即生物活性分子的载体，形成于是所述换能器的栅极，生物敏感膜附着于所述生物分子载体。生物敏感膜能特异性识别肿瘤标志物，受到肿瘤标志物本身电荷的影响，使得所述栅极表面电荷分布发生变化，进而影响所述换能器沟道中二维电子气浓度，使得换能器的源漏电流发生变化。
[0024]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0025]图1是本发明的InP基HEMT肿瘤标志物传感器的一个实施例的结构示意图。如图1所示，该实施例的InP基HEMT肿瘤标志物传感器具有叠层结构，包括InP基HEMT换能器10、生物分子载体20和生物敏感膜30。
[0026]该实施例的换能器10从下至上依次包括叠置的衬底101、缓冲层102、第一 Si的δ掺杂层103、第一隔离层104、沟道层105、第二隔离层106、第二 Si的δ掺杂层107、势垒层108、帽层109、源漏电极110、器件保护层111和电极引线112。
[0027]具体来说，所述衬底101为InP基衬底。缓冲层102的材料为InAlAs，用于减少位错提高沟道载流子浓度，生长厚度为500nm?I μ m之间。第一 Si的δ掺杂层103的掺杂材料为InAlAs，用于提供沟道载流子，生长厚度为O?4nm。第一隔离层104的材料为InAlAs，用于提供沟道载流子，生长厚度为O?4nm。沟道层105的材料为InGaAs，用于有源沟道，生长厚度10?20nm。第二隔离层106的材料为InAlAs，用于将沟道载流子和掺杂层在空间上隔离，提高沟道载流子迁移率，生长厚度O?4nm。第二 Si的δ掺杂层107的掺杂材料为InAlAs，用于提供沟道载流子，生长厚度为O?4nm。势垒层108的材料为InAlAs，用于提供肖特基接触和二维电子气之间的电介质材料，生长厚度为10?20nm。帽层109的材料为重掺杂InGaAs，用于提供欧姆接触形成低电阻率电极，生长厚度为10?30nm。
[0028]源漏电极110为两个，即为源极和漏极，均为锗金镍合金，与换能器欧姆接触。器件保护层111的材料是光刻胶，用于器件的钝化和保护，防止水溶液等影响到器件检测性能。电极引线112为两个，材料为Au，分别连接于源漏电极110，用于与外电路相连接，便于检测电流信号变化。
[0029]所述生物分子载体20位于所述换能器10的有源区上源漏电极电极110之间的栅极区域，栅极区域面积分布在1000?1500 μ m2之间。所述生物分子载体20可以是金属、金属纳米颗粒、金胶、金属氧化物纳米材料等。
[0030]所述的InP基HEMT传感器的生物分子载体20可以设计成有栅压元件