分子生物學技術的迅速發展，給臨床醫學診斷以巨大的影響，與疾病相關的DNA片段的檢測即“基因診斷”成為一種新興的臨床診斷方法，加之本世紀內能與阿波羅登月計劃媲美的人類基因組計劃的完成和其它相關技術的發展，使基因診斷技術不斷提高，日臻成熟。

目前，基因診斷均采用PCR技術，它以其簡便、快速、靈敏的優勢，成為臨床診斷的技術熱點，但是PCR技術存在急需解決的二大問題：一是不能定量，二是污染所致的假陽問題。

近年來，生物傳感器飛速發展，人們把生物技術與現代物理、化學、微電子學技術結合起來，研制了各種各樣的生物傳感器，從酶傳感器發展到抗原（抗體）傳感器，乃至基因（DNA）傳感器。DNA傳感器的出現使對目的DNA的測量時間大大縮短，操作簡便，無污染，既可定性，又可定量。且靈敏度高、選擇性好，顯示出誘人的發展前景。

本研究以場效應管傳感器為基體傳感器，通過設計場效應管柵區自組裝單分子膜技術，設計雜交指示劑，建立DNA場效應管傳感器制備方法，為臨床醫學基因診斷技術提供新方法、新器材。

1　結構與組成

DNA場效應管傳感器由敏感元件、加熱元件、測溫元件等集成而成。

敏感元件有漏極（D）、源極（S）和柵極（G，生物敏感柵）組成，測溫元件為測溫二極管。

2　工作原理

DNA場效應管傳感器對靶DNA的選擇測定，即定性機理是基于分子雜交技術，DNA傳感器工作原理見圖2。

在場效應管的柵區，固定一條含有十幾到上千個核苷酸單鏈DNA（ssDNA），通過分子雜交，達到對另一條含有互補堿基序列DNA的識別，形成雙鏈DNA（dsDNA），待測分子含量通過換能器表達出來。定量原理如下：

場效應管在飽和區的閾電壓為：

VT=VD-2ID/β1/2

當待測物分子與敏感柵作用時，發生電荷轉移，導致功函數變化，使閾電壓偏移，其改變量ΔVT，可用IT保持恒定時的漏電壓表示出來。

DNA場效應管傳感器把生物敏感柵的敏感特性和場效應管的場致響應結合起來，其作用機理是分子生物學，結構形式是膜，表現的現象是電。

3　基體傳感器的設計及敏感柵的制備

基體傳感器的設計：

選用P型硅材料，芯片面積2×2mm2，溝道長度為30μm，采用半導體集成工藝制備，DNA版圖示意見圖3。

敏感柵的制備：

敏感柵采用自組裝單分子膜技術，包括表面處理、表面化學修飾、自組裝工藝等三個環節，其實質是連續手臂的選擇和DNA與手臂的連接［2］。

4　雜交指示劑的設計

為了提高檢測靈敏度，必須研制、應用雜交指示劑［3，4］。雜交指示劑是一類能與ssDNA和dsDNA以不同方式相互結合的物質，雜交指示劑與DNA分子的結合有三種基本模式：（1）雜交指示劑與DNA分子雙螺旋的堿基對之間的大溝槽相互作用，產生嵌入作用；（2）雜交指示劑與DNA分子雙螺旋的堿基對之間的小溝槽相互作用而結合，產生耦合作用；（3）雜交指示劑與DNA分子的帶負電荷的核酸—磷酸基骨架之間的靜電相互作用。無論哪一種結合都會使DNA分子變成“夾心面包”導致幾何狀態的畸變，基于雜交指示劑與ssDNA和dsDNA選擇性結合能力的差異，雜交指示劑的選用將大大提高傳感器的靈敏度。

分子設計新型雜交指示劑，一方面要設計雙嵌合劑、三嵌合劑以便產生“分子剪刀”功能，另一方面要增加離域化π電子共軛鍵，有利于在外電場作用下電子在鍵中的傳遞。

5　信號測量系統的設計

為了自動測量DNA傳感器輸出特性，設計以微型計算機為主體的測量系統，該系統由一臺IBM-AT微機、DT2801型A/D及D/A輸入/輸出接口板和電壓/電流轉換器組成。

本系統具有菜單、復位、置位、查錯、測試、顯示及打印特性曲線等功能，并建立多道測量技術，以提高檢測的可靠性。

6　結語

DNA場效應管傳感器探測的是DNA分子之間的相互作用，靈敏度高、響應快，其靈敏度可達ng級，甚至pg級。由于該傳感器采用半導體集成技術制備，可實現陣列化，并可實現多基因的同步檢測。據此，加強DNA場效應管傳感器的穩定性和可靠性研究，可望在“基因診斷”中占有一席之地。