DNA場(chǎng)效應(yīng)管傳感器的分子設(shè)計(jì)

3　基體傳感器的設(shè)計(jì)及敏感柵的制備

基體傳感器的設(shè)計(jì)：

選用P型硅材料，芯片面積2×2mm2，溝道長(zhǎng)度為30μm，采用半導(dǎo)體集成工藝制備，DNA版圖示意見(jiàn)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(shù)，包括表面處理、表面化學(xué)修飾、自組裝工藝等三個(gè)環(huán)節(jié)，其實(shí)質(zhì)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(shè)計(jì)

為了提高檢測(cè)靈敏度，必須研制、應(yīng)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(jié)合的物質(zhì)，雜交指示劑與DNA分子的結(jié)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(duì)之間的大溝槽相互作用，產(chǎn)生嵌入作用;(2)雜交指示劑與DNA分子雙螺旋的堿基對(duì)之間的小溝槽相互作用而結(jié)合，產(chǎn)生耦合作用;(3)雜交指示劑與DNA分子的帶負(fù)電荷的核酸—磷酸基骨架之間的靜電相互作用。無(wú)論哪一種結(jié)合都會(huì)使DNA分子變成“夾心面包”導(dǎo)致幾何狀態(tài)的畸變，基于雜交指示劑與ssDNA和dsDNA選擇性結(jié)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(shè)計(jì)新型雜交指示劑，一方面要設(shè)計(jì)雙嵌合劑、三嵌合劑以便產(chǎn)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(chǎng)作用下電子在鍵中的傳遞。

5　信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

為了自動(dòng)測(cè)量DNA傳感器輸出特性，設(shè)計(jì)以微型計(jì)算機(jī)為主體的測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一臺(tái)IBM-AT微機(jī)、DT2801型A/D及D/A輸入/輸出接口板和電壓/電流轉(zhuǎn)換器組成[5]。DNA特性曲線自動(dòng)測(cè)量方框圖見(jiàn)圖4。

本系統(tǒng)具有菜單、復(fù)位、置位、查錯(cuò)、測(cè)試、顯示及打印特性曲線等功能，并建立多道測(cè)量技術(shù)，以提高檢測(cè)的可靠性。

圖4　DNA傳感器特性曲線自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)方框圖

6　結(jié)　語(yǔ)

DNA場(chǎng)效應(yīng)管傳感器探測(cè)的是DNA分子之間的相互作用，靈敏度高、響應(yīng)快，其靈敏度可達(dá)ng級(jí)，甚至pg級(jí)。由于該傳感器采用半導(dǎo)體集成技術(shù)制備，可實(shí)現(xiàn)陣列化，并可實(shí)現(xiàn)多基因的同步檢測(cè)。據(jù)此，加強(qiáng)DNA場(chǎng)效應(yīng)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(xiàn)

[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(xué)研究。化學(xué)通報(bào)，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(jī)在ISFET特性測(cè)量中的應(yīng)用。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)儀器與應(yīng)用，1997，4：2