DNA场效应管传感器的分子设计

3　基体传感器的设计及敏感栅的制备

基体传感器的设计：

选用P型硅材料，芯片面积2×2mm2，沟道长度为30μm，采用半导体集成工艺制备，DNA版图示意见图3。

图3　DNA传感器版图示意图

敏感栅的制备：

敏感栅采用自组装单分子膜技术，包括表面处理、表面化学修饰、自组装工艺等三个环节，其实质是连续手臂的选择和DNA与手臂的连接[2]。

4　杂交指示剂的设计

为了提高检测灵敏度，必须研制、应用杂交指示剂[3，4]。杂交指示剂是一类能与ssDNA和dsDNA以不同方式相互结合的物质，杂交指示剂与DNA分子的结合有三种基本模式：(1)杂交指示剂与DNA分子双螺旋的碱基对之间的大沟槽相互作用，产生嵌入作用;(2)杂交指示剂与DNA分子双螺旋的碱基对之间的小沟槽相互作用而结合，产生耦合作用;(3)杂交指示剂与DNA分子的带负电荷的核酸—磷酸基骨架之间的静电相互作用。无论哪一种结合都会使DNA分子变成“夹心面包”导致几何状态的畸变，基于杂交指示剂与ssDNA和dsDNA选择性结合能力的差异，杂交指示剂的选用将大大提高传感器的灵敏度。

分子设计新型杂交指示剂，一方面要设计双嵌合剂、三嵌合剂以便产生“分子剪刀”功能，另一方面要增加离域化π电子共轭键，有利于在外电场作用下电子在键中的传递。

5　信号测量系统的设计

为了自动测量DNA传感器输出特性，设计以微型计算机为主体的测量系统，该系统由一台IBM-AT微机、DT2801型A/D及D/A输入/输出接口板和电压/电流转换器组成[5]。DNA特性曲线自动测量方框图见图4。

本系统具有菜单、复位、置位、查错、测试、显示及打印特性曲线等功能，并建立多道测量技术，以提高检测的可靠性。

图4　DNA传感器特性曲线自动测量系统方框图

6　结　语

DNA场效应管传感器探测的是DNA分子之间的相互作用，灵敏度高、响应快，其灵敏度可达ng级，甚至pg级。由于该传感器采用半导体集成技术制备，可实现阵列化，并可实现多基因的同步检测。据此，加强DNA场效应管传感器的稳定性和可靠性研究，可望在“基因诊断”中占有一席之地。

7　参考文献

[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] 庞代文，等。DNA的电化学研究。化学通报，1994，2：1

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

[5]　聂邦畿。微机在ISFET特性测量中的应用。现代医学仪器与应用，1997，4：2