基因芯片用掺杂氧化锡薄膜载体材料的物化特性及其对生物电信号传递的影响机制

发展基于DNA杂交的无标记电学检测技术，是获得高灵敏度、强特异性、高可靠性、微型便携化及成本低廉基因芯片的重要途径之一，而具有优异特性的载体材料对实现生物电信号在芯片系统中的高效稳定传递起着至关重要的影响。本项目采用磁控溅射法制备出不同元素掺杂的氧化锡薄膜作为基因芯片载体材料，通过化学修饰将探针分子固定在薄膜表面，并与无标记待测样品进行液相杂交，利用电化学方法实现对生物电信号的检测与分析。通过研究薄膜载体材料微观结构、电学性能、表面性质、化学稳定性等物化特性对生物电信号检测灵敏度、特异性及可靠性的影响规律，获得生物电信号在薄膜载体材料中及其与生物分子的界面传递的机制，为采用掺杂氧化锡薄膜作为载体材料的基因芯片获得高检测灵敏度、特异性及可靠性等关键问题提供解决方法与途径。项目的研究将促进和发展基因芯片的无标记电学检测技术，对基因芯片技术能够迅速实现在人类生命和健康领域的普遍应用具有推动意义。

发展基于DNA 杂交的无标记电学检测技术，是获得高灵敏度、强特异性、高可靠性、微型便携化及成本低廉基因芯片的重要途径之一，而具有优异特性的载体材料对实现生物电信号在芯片系统中的高效稳定传递起着至关重要的影响。本项目采用磁控溅射法制备了不同元素掺杂的氧化锡薄膜作为基因芯片载体材料，研究了锑掺杂氧化锡（ATO）、铟锡氧化物（ITO）、氟掺杂氧化锡（FTO）薄膜的光电性能以及FTO与ITO薄膜在模拟电化学基因芯片使用介质中的光电性能稳定性及腐蚀机理，进而对FTO与ITO薄膜的表面化学修饰与功能化进行了研究。本项目获得了以下主要研究结果：（1）FTO和ITO薄膜不仅具有优异的光电性能和表面特性，而且在模拟电化学基因芯片使用介质中具有良好的光电性能稳定性和耐腐蚀性能，能够满足电化学基因芯片对载体材料物理化学特性的要求；（2）采用羟基化、硅烷化、醛基化的表面化学修饰工艺成功的在FTO和ITO薄膜表面获得了醛基基团，表明上述两种薄膜材料适于作为无标记电化学检测基因芯片载体材料；（3）利用傅里叶红外光谱仪等仪器实现了对FTO和ITO薄膜载体材料表面官能团的检测，相对于传统生物方法大大减少了检测时间和降低了检测成本。本项目的研究工作对基因芯片的无标记电学检测技术的发展具有一定的促进作用。