一种用于检测mi-RNA的探针、GaN传感器及检测方法

一种用于检测mi-rna的探针、gan传感器及检测方法
技术领域
1.本发明涉及mi-rna检测技术领域，特别是一种用于检测mi-rna的探针、gan传感器及检测方法。


背景技术：

2.近年来，mi-rna作为重要的肿瘤标志物引起了人们的广泛重视。对其的检测可为癌症等疾病的诊断与治疗提供有效的帮助。
3.目前mi-rna的检测方法有荧光检测法、电化学检测法、聚合酶链反应(pcr)和碳纳米管等方法。这些方法难度较大、设备昂贵，并且对设备依赖性强，测试过程繁琐、并且灵敏度比较低。


技术实现要素：

4.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
5.鉴于上述和/或现有的mi-rna检测方法中存在的问题，提出了本发明。
6.因此，本发明所要解决的问题在于如何提供一种用于检测mi-rna的探针，用于识别目标mi-rna。
7.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种用于检测mi-rna的探针，其上带有特定识别的序列，能与目标mi-rna能够实现碱基互补配对。
8.本发明的另外一个目的是提供一种用于检测mi-rna的gan传感器，能够识别目标mi-rna并引起晶体管沟道电流的变化，以便后续检测。
9.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种用于检测mi-rna的gan传感器，包括mi-rna探针，其附着在栅极上；所述mi-rna探针能和目标mi-rna杂交产生栅极电位的变化，从而引起晶体管沟道电流的变化。
10.作为本发明所述用于检测mi-rna的gan传感器的一种优选方案，其中：还包括由下至上依次设置衬底、缓冲层、本征gan层和本征algan层，所述本征algan层上并列设置有p型层、源极和漏极，所述p型层上设置有栅极。
11.作为本发明所述用于检测mi-rna的gan传感器的一种优选方案，其中：所述的p型层为p-gan或p-nio层。
12.作为本发明所述用于检测mi-rna的gan传感器的一种优选方案，其中：所述衬底的材料为si、sic和蓝宝石中的一种；所述源极、漏极和栅极均为钛、铝、镍、金、铂、钼、铱、钽、铌、钴、钨中的一种或多种组合。
13.作为本发明所述用于检测mi-rna的gan传感器的一种优选方案，其中：所述缓冲层的厚度为1～10000nm；所述本征gan层的厚度为1～10000nm；所述本征algan层的厚度为3～50nm；所述p型层厚度为1～1000nm。
14.作为本发明所述用于检测mi-rna的gan传感器的一种优选方案，其中：所述栅极设置有金单质层，其厚度为1～1000nm，所述mi-rna探针设置在金单质层上。
15.本发明的另外一个目的是提供一种mi-rna的检测方法，能够更好的识别目标mi-rna并测定其含量，解决现有的重复性低和线性范围不足的问题。
16.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种mi-rna的检测方法，其包括如下步骤，制备如权利要求2～7任一所述的gan传感器；根据gan传感器电学参数设置源极和漏极电压；配置不同目标mi-rna浓度的缓冲液，将gan传感器插入缓冲液中测试，确定标准曲线；将gan传感器插入待测溶液，对比检测待测溶液时输出电流与标准曲线输出电流的大小，根据两者电流的大小判断待测溶液中是否有目标mi-rna，并通过具体电流值得到目标mi-rna的浓度。
17.作为本发明所述mi-rna的检测方法的一种优选方案，其中：制备所述gan传感器包括如下步骤，在衬底上依次生长缓冲层、gan层、本征algan层、p型层，形成初始器件；在初始器件上表面滴附光刻胶，选用光刻版显影去除部分p型层区域，使用icp设备刻蚀，形成中间器件；在中间器件上表面滴附光刻胶，选用光刻版显影出欧姆电极区域，使用蒸发镀膜法在欧姆电极区域形成源极和漏极，去除光刻胶，进行快速热退火形成欧姆接触，形成最终器件；在最终器件表面滴附光刻胶，选用光刻版显影栅极区域，使用蒸发镀膜法由下至上依次生长栅极，然后去除光刻胶，形成初步传感器；封装所述初步传感器，在初步传感器外涂覆隔离层，隔离源极、漏极与外部环境；在探针固定前，利用配备好的缓冲液将含有巯基修饰的探针mi-rna溶液滴定在传感区，并在恒温箱中孵化，由于au-s共价结合，栅极感应区表面的金会与探针上的巯基形成稳定的au-s键，在表面形成mi-rna探针的自组装层，最后，用去离子水冲洗掉多余的探针，获得栅极附着mi-rna探针的gan传感器。
18.作为本发明所述mi-rna的检测方法的一种优选方案，其中：所述用于mi-rna的缓冲液为磷酸盐缓冲溶液或羟乙基哌嗪乙硫磺酸缓冲液。
19.本发明有益效果为：使用mi-rna探针并利用gan半导体器件的二维电子气结构捕捉mi-rna探针和目标mi-rna杂交产生的栅极电位变化；使用p型层结构改变传感器阈值电压，减小传感器能耗，并使其无需配合参比电极和对电极使用，避免栅极通电对测量准确性的影响。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
21.图1为用于gan传感器的结构示意图。
22.图2为实施例5、实施例6和实施例7中的gan传感器在不同浓度的mi-rna溶液测试结果图。
具体实施方式
23.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对
本发明的具体实施方式做详细的说明。
24.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
25.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
26.实施例1
27.为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种用于检测mi-rna的探针，mi-rna探针101带有特定识别的序列，能与目标mi-rna能够实现碱基互补配对。
28.在本实施例中，目标mi-rna选择为mi-rna-155，mi-rna探针101选择为mi-rna-155单链探针。其序列为5'-sh-acc-ccu-auc-acg-auu-agc-auu-aa-fam-3'，能够与目标mi-rna-155实现碱基互补配对。
29.实施例2
30.该实施例基于第一个实施例，并与第一个实施例不同的是，目标mi-rna选择为mi-rna-21。
31.在本实施例中，mi-rna探针101选择为mi-rna-21单链探针，其序列为5'-sh-auc-gaa-uag-ucu-gac-uac-aac-u-fam-3'，能够与目标mi-rna-21实现碱基互补配对。
32.实施例3
33.参照图1，为本发明第三个实施例，该实施例提供了一种用于检测mi-rna的gan传感器，用于检测mi-rna的gan传感器包括mi-rna探针101，其附着在栅极102上；所述mi-rna探针101能和目标mi-rna杂交产生栅极102电位的变化，从而引起晶体管沟道电流的变化。
34.进一步的，gan传感器还包括由下至上依次设置衬底103、缓冲层104、本征gan层105和本征algan层106，所述本征algan层106上并列设置有p型层107、源极108和漏极109，所述p型层107上设置有栅极102。
35.本实施例中的gan传感器是gan/algan结构，基于gan材料极化特性于gan层(沟道层)和algan层(势垒层)间产生一层高浓度二维电子气层。二维电子气层电子浓度对栅极电位异常敏感，利用该结构可捕捉栅极区域mi-rna探针和mi-rna杂交前后微弱电荷变化，从而获得高灵敏度和低检测限。本发明将p型层直接生长在algan层表面，改变传感器阈值电压，减小传感器能耗，并使其无需配合参比电极和对电极使用，简化测试体系，减小功耗，避免测试时向溶液中加大电压，导致mi-rna在大的栅电压条件下发生电化学反应，提高了测试准确度。
36.利用金硫键之间的强有力的共价键，将-sh-rna探针分子固定到了algan/gan异质结场效应晶体管的表面au层上，将探针分子和待测rna杂交结合所产的电位信号转化成了简单的电流输出信号，并利用gan半导体器件的二维电子气结构捕捉，从而可以通过仅电流的变化检测mi-rna分子的浓度，从而获得高灵敏度和低检测限。
37.优选的，p型层为p-gan或p-nio层，并且所述衬底103的材料为si、sic和蓝宝石中的一种，所述源极108、漏极109和栅极102均为钛、铝、镍、金、铂、钼、铱、钽、铌、钴、钨中的一种或多种组合，所述缓冲层104的厚度为1～10000nm；所述本征gan层105的厚度为1～
10000nm；所述本征algan层106的厚度为3～50nm；所述p型层107厚度为1～1000nm。
38.在一优选实施例中，所述栅极102设置有金单质层，其厚度为1～1000nm，所述mi-rna探针101设置在金单质层上。
39.在本实施例中，mi-rna探针101为mi-rna-155，mi-rna-155单链探针和互补配对的mi-rna-155杂交形成新的工作电极。
40.实施例4
41.该实施例基于上一个实施例，并与上一个实施例不同的是，本实施例中mi-rna探针101为mi-rna-21。
42.mi-rna-21单链探针和互补配对的mi-rna-21杂交形成新的工作电极。
43.实施例5
44.参照图2，为本发明第5个实施例，该实施例提供了一种mi-rna的检测方法，mi-rna的检测方法包括如下步骤：
45.s1、制备所需的gan传感器，其具体包括如下步骤，
46.(1)在sic衬底上使用mocvd方法依次生长缓冲层、gan层、本征algan层、p型nio层，形成初始器件；
47.(2)在初始器件上表面滴附光刻胶，选用光刻版显影去除部分p型nio层区域，使用icp设备刻蚀，形成中间器件；
48.(3)在中间器件上表面滴附光刻胶，选用光刻版显影出欧姆电极区域，使用蒸发镀膜法在欧姆电极区域由下至上依次生长ti层、al层、ti层、au层，形成源极和漏极，去除光刻胶，进行快速热退火以在ti金属和algan层间形成欧姆接触，形成最终器件；
49.(4)在最终器件表面滴附光刻胶，选用光刻版显影栅极区域，使用蒸发镀膜法由下至上依次生长ni/au栅极，其中，ni层厚度为50nm，au层厚度为100nm，栅极面积800μm
×
800μm，然后去除光刻胶，形成初步传感器；
50.(5)封装所述初步传感器，在初步传感器外涂覆隔离层，隔离源极、漏极与外部环境，栅极区域裸露约600μm
×
600μm；
51.(6)在探针固定前，利用配备好的pbs溶液将含有巯基修饰的探针mi-rna-155溶液稀释至2μm，每次固定取10μl的探针溶液滴定在传感区，并在37℃的恒温箱中孵化2小时，由于au-s共价结合，栅极感应区表面的金会与探针上的巯基形成稳定的au-s键，在表面形成mi-rna-155探针的自组装层，最后，用去离子水冲洗掉多余的探针，获得栅极附着mi-rna-155探针的gan传感器。
52.s2、根据gan传感器电学参数设置源极和漏极电压，本实施例中源极接地，漏极电压设置为5v。
53.s3、本实施例的待测溶液为mi-rna-155溶液与磷酸盐缓冲溶液(pbs)的混合液；配置与待测溶液ph值相同的不同浓度mi-rna-155缓冲溶液，将经过步骤s1制得的gan传感器插入缓冲液中测试，待输出电流平稳后确定标准曲线，如图2所示，需要说明的是，缓冲液为磷酸盐缓冲溶液。
54.s4、将gan传感器插入待测溶液，对比检测待测溶液时输出电流与标准曲线输出电流的大小，根据两者电流的大小判断待测溶液中是否有目标mi-rna，并通过具体电流值得到目标mi-rna的浓度。
55.实施例6
56.参照图2，该实施例基于上一个实施例，并与上一个实施例不同的是，本实施例中gan传感器上的mi-rna探针101为mi-rna-21，待测溶液为mi-rna-21溶液与磷酸盐缓冲溶液(pbs)的混合液。
57.实施例7
58.参照图2，并且为验证本发明的有效性，本实施例为对照试验，采用带有mi-rna-155探针的gan传感器对目标mi-rna-21进行检测，检测结果如图2所示。从图2实施例5和实施例6的输出曲线中可以看出，不同电流值对应不同的目标mi-rna浓度；而且随目标mi-rna浓度的上升，输出电流呈降低趋势，说明gan传感器表面的mi-rna探针101随反应的进行，由强极性逐渐变为弱极性。从实施例7的输出曲线中可以看出，当mi-rna探针101上带有的识别序列与目标mi-rna不一致时，无法产生电流变化。
59.应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。