RU2749698C1 - Biomolecular sensor with a microelectronic generator of an electromagnetic wave - Google Patents
Biomolecular sensor with a microelectronic generator of an electromagnetic wave Download PDFInfo
- Publication number
- RU2749698C1 RU2749698C1 RU2020137579A RU2020137579A RU2749698C1 RU 2749698 C1 RU2749698 C1 RU 2749698C1 RU 2020137579 A RU2020137579 A RU 2020137579A RU 2020137579 A RU2020137579 A RU 2020137579A RU 2749698 C1 RU2749698 C1 RU 2749698C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrically conductive
- biomolecular
- electromagnetic radiation
- electromagnetic wave
- conductive plate
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M3/00—Tissue, human, animal or plant cell, or virus culture apparatus
Abstract
Description
В современную постгеномную эпоху центр исследований в области науки о жизни сместился с генетической информации о жизни на общую биофункцию. Разнообразные биоматериалы и биомикромолекулы становятся важнейшей точкой исследований в области науки о жизни. In the modern post-genomic era, the focus of life science research has shifted from genetic information about life to general biofunction. A variety of biomaterials and biomicromolecules are becoming an important focus of research in the field of life sciences.
Термин «биомолекула» относится к любой органической молекуле, которая является частью живого организма. Биомолекулы включают нуклеотид, полинуклеотид, олигонуклеотид, пептид, белок, лиганд, рецептор и другие. "Комплекс биомолекулы" относится к структуре, состоит из двух или более типов биомолекул. Примерами комплекса биомолекулы являются клеточные или вирусные частицы. Термин "захват молекулы" относится к молекуле, которая обездвижена на поверхности в течение длительного или короткого времени. Молекулами захвата, как правило, являются биологически активными антитела, нуклеотид, олигонуклеотид, полинуклеотид, пептид, или белок, другая небольшая молекула, биомолекула, пептиды и полипептиды, мета- или нано- материал. Молекула захвата, как правило, но не обязательно, связывается с целью или молекулой-мишенью. Известен метод, с помощью которого кремниевые наноструктуры могут избирательно покрываться молекулами или биомолекулами захвата с помощью электрохимического процесса -USOO7416911 B2 H01L 21/306.]. Этот химический процесс может быть использован в качестве метода для создания наноструктур с поверхностным покрытием различными молекулярными или биомолекулярными материалами. Возможно также иммобилизовать биомолекулы, в том числе молекулы ДНК или антител, на электроде из золота Au, где связующими служат группы тиола -SH. В качестве примера, такие молекулярные структуры могут быть использованы для таких приложений, как биохимические, электронные, химические, медицинские, нефтехимические и им подобные.The term "biomolecule" refers to any organic molecule that is part of a living organism. Biomolecules include nucleotide, polynucleotide, oligonucleotide, peptide, protein, ligand, receptor, and others. A "biomolecule complex" refers to a structure composed of two or more types of biomolecules. Examples of a biomolecule complex are cellular or viral particles. The term "molecule entrapment" refers to a molecule that is immobilized at a surface for a long or short time. Capture molecules are typically biologically active antibodies, nucleotide, oligonucleotide, polynucleotide, peptide, or protein, other small molecule, biomolecule, peptides and polypeptides, meta- or nano-material. A capture molecule usually, but not necessarily, binds to a target or target molecule. There is a known method by which silicon nanostructures can be selectively coated with capture molecules or biomolecules using an electrochemical process —USOO7416911 B2 H01L 21/306.]. This chemical process can be used as a method to create surface-coated nanostructures with various molecular or biomolecular materials. It is also possible to immobilize biomolecules, including DNA or antibody molecules, on an Au gold electrode, where the thiol -SH groups serve as binder. As an example, such molecular structures can be used for applications such as biochemical, electronic, chemical, medical, petrochemical, and the like.
Термин "наноматериал", используемый в настоящем документе, относится к структуре, устройству или системе, имеющих измерение на атомном, молекулярном или макромолекулярном уровнях, в масштабах длины примерно 1-100 нанометров. Термин "чип" или "микрочип" относится к микроэлектронным устройствам из полупроводникового материала и имеет одну или несколько интегрированных схем или дискретных устройств, может включать в себя множество миниатюрных транзисторов и других электронных компонентов на одном тонком прямоугольнике кремния, сапфира, германия, нитрида кремния, или другого полупроводникового материала. The term "nanomaterial", as used herein, refers to a structure, device, or system having measurements at the atomic, molecular, or macromolecular levels, on a length scale of about 1-100 nanometers. The term "chip" or "microchip" refers to microelectronic devices made of semiconductor material and has one or more integrated circuits or discrete devices, may include many miniature transistors and other electronic components on one thin rectangle of silicon, sapphire, germanium, silicon nitride, or other semiconductor material.
Основная задача заключается в создании надежных и эффективных методов аналитической работы, которые могут выявлять и расшифровывать биомолекулы. Быстрые и специфические обнаружения биомолекул и биологических клеток, таких как белки, ДНК и РНК, вирусы, пептиды, антитела, антигены, эритроциты, белые кровяные тельца и тромбоциты, становятся все более и более важными для биологических анализов, важных для таких областей, как геномика, протеомика, диагнозы и патологические исследования. К важнейшим проблемам биотехнологии относятся обнаружение и регистрация биомолекул, биоматериалов, их конформационных изменений, а также ДНК-белок, белок-белок и белок-вирус взаимодействий. Арсенал средств для таких исследований включает оптическую спектроскопию, в том числе рамановскую и электронную, ядерный магнитный резонанс, рентгеновский, ультрафиолетовый, видимый, инфракрасный, терагерцовый свет, флуоресценцию молекул и рентгеновские фотоэлектроны, атомную силовую микроскопию. Большая часть указанных выше принципов, методов и технологий реализуется в современных биомолекулярных сенсорах. The main challenge is to create reliable and efficient analytical methods that can identify and decode biomolecules. Rapid and specific detection of biomolecules and biological cells such as proteins, DNA and RNA, viruses, peptides, antibodies, antigens, erythrocytes, white blood cells and platelets are becoming more and more important for biological analyzes important in areas such as genomics. , proteomics, diagnoses and pathological studies. The most important problems of biotechnology include the detection and registration of biomolecules, biomaterials, their conformational changes, as well as DNA-protein, protein-protein and protein-virus interactions. The arsenal of tools for such research includes optical spectroscopy, including Raman and electronic, nuclear magnetic resonance, X-ray, ultraviolet, visible, infrared, terahertz light, molecular fluorescence and X-ray photoelectrons, atomic force microscopy. Most of the above principles, methods and technologies are implemented in modern biomolecular sensors.
Биомолекулярные сенсоры являются широко распространенными эффективными устройствами, которые могут идентифицировать и обнаруживать биомолекулы. При определенной модернизации сенсор для обнаружения биомолекул может помочь также в тестировании вирусов, например, COVID-19. Сенсоры собирают информацию из биопроб путем измерения электромеханических, электротепловых, биологических, физических, химических, оптических и магнитных явлений. Биомолекулярный микроэлектронный сенсор в составе диагностической системы состоит из трех основных функциональных элементов: биологической пробы, интерфейса передачи сигнала и устройства обнаружения и приема сигнала.Biomolecular sensors are widely used and effective devices that can identify and detect biomolecules. With some upgrades, a sensor for detecting biomolecules can also help in testing viruses, for example, COVID-19. Sensors collect information from bioassays by measuring electromechanical, electrothermal, biological, physical, chemical, optical and magnetic phenomena. A biomolecular microelectronic sensor as part of a diagnostic system consists of three main functional elements: a biological sample, a signal transmission interface, and a signal detection and reception device.
Основные современные биомолекулярные сенсоры основаны на известных и перспективных технологиях в виде различных устройств:The main modern biomolecular sensors are based on well-known and promising technologies in the form of various devices:
- сенсоры с поверхностным плазмонным резонансом (ППР);- sensors with surface plasmon resonance (SPR);
- сеснсоры с низкоэнергетичной ТГц спектроскопией на поверхности; - sensors with low-energy THz spectroscopy on the surface;
- электрические сенсоры на основе измерения слабых токов в наноэлектронных цепях; - electrical sensors based on the measurement of weak currents in nanoelectronic circuits;
- полупроводниковые микроэлектронные биомолекулярные сенсоры.- semiconductor microelectronic biomolecular sensors.
Сенсоры ППР применяют в клинической диагностике, мониторинге окружающей среды, обнаружении лекарственных средств и полимерной инженерии, охватывающая широкую область здоровья и биологических наук. Основные сильные стороны анализа ППР лежат в неинвазивном обнаружении и мониторинге в режиме реального времени связывающих событий, таких как антитела-антиген, белок-белок, фермент-субстрат или ингибитор, белок-ДНК, рецептор-препарат, белково-полисахарид, белок-вирус и живые клеточные экзогенные стимулы. PPR sensors are used in clinical diagnostics, environmental monitoring, drug discovery and polymer engineering, covering a wide range of health and life sciences. The main strengths of SPR analysis lie in the non-invasive detection and real-time monitoring of binding events such as antibodies-antigen, protein-protein, substrate enzyme or inhibitor, protein-DNA, receptor-drug, protein-polysaccharide, protein-virus and live cellular exogenous stimuli.
Поверхностные плазмоны могут существовать только на стыке между металлической пленкой и диэлектрической средой. Электроны на поверхности металлов демонстрируют когерентные колебания плотности, которые известны как поверхностные плазмонные колебания. Величина электрического поля этих колебаний заряда является максимальной на интерфейсе, и спадает экспоненциально при удалении от поверхности. Поверхностные плазмоны являются лишь одним из множества возможных элементарных количественных возбуждений твердой материи, таких как фононы, поляритоны, возбудимые и магноны. Поверхностные плазмон-фононные поляритоны являются электромагнитными волнами, возбужденными на стыке двух сред [IOP Conf. Серия: журнал физики: Конф. Серия 917 (2017) 062038)]. Surface plasmons can exist only at the interface between a metal film and a dielectric medium. Electrons on the surface of metals exhibit coherent density fluctuations, which are known as surface plasmon fluctuations. The magnitude of the electric field of these charge oscillations is maximum at the interface, and decreases exponentially with distance from the surface. Surface plasmons are just one of many possible elementary quantitative excitations of solid matter, such as phonons, polaritons, excitable and magnons. Surface plasmon-phonon polaritons are electromagnetic waves excited at the junction of two media [IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 917 (2017) 062038)].
Поверхностные плазмонные биосенсоры, — это, в основном, высокочувствительные рефрактометры, которые отслеживают изменения в оптическом состоянии биочувствительного слоя на тонкой металлической пленке. Спектроскопия ППР, локализованного добавлением металлических наночастиц, является мощным методом для химических и биологических экспериментов, улучшая связь между плазмонными резонансами наночастиц и молекулярными резонансами адсорбата.Surface plasmon biosensors are mainly highly sensitive refractometers that track changes in the optical state of a biosensitive layer on a thin metal film. SPR spectroscopy localized by the addition of metallic nanoparticles is a powerful technique for chemical and biological experiments, improving the relationship between plasmon resonances of nanoparticles and molecular resonances of the adsorbate.
Основными компонентами сенсоров ППР в известных аналогах (патенты США 8969805В2, 5485277А) с оптическим возбуждением являются источник света и его оптическая система, оптические компоненты соединения (призма, решетка, волновой, или оптическое волокно), оптическая система визуализации и фотодетектор. Современные сенсоры включают в себя также электронные элементы на подложке, изготовленные в рамках единой микроэлектронной технологии. Детекторный массив состоит из множества фотодетекторов, оптически подключенных к цилиндрическим линзам. The main components of SPR sensors in known analogs (US patents 8969805B2, 5485277A) with optical excitation are a light source and its optical system, optical components of the connection (prism, grating, wave, or optical fiber), an optical imaging system and a photodetector. Modern sensors also include electronic elements on a substrate, manufactured within the framework of a unified microelectronic technology. The detector array consists of a plurality of photodetectors optically connected to cylindrical lenses.
Аналогом является устройство и метод по патенту США 10254223В2 (2019 год). Согласно аналогу, на поверхности находится молекулярная проба, где на указанную пробу действует излучение от внешнего источника света, возбуждающее флуоресцентное излучение молекул, которое воспринимается многоэлементным детектором. Информацию о составе пробы получают путем интерпретации сигналов, получаемых от элементов детектора. An analogue is the device and method according to US patent 10254223B2 (2019). According to an analogue, a molecular sample is located on the surface, where the specified sample is affected by radiation from an external light source, which excites the fluorescent emission of molecules, which is perceived by a multi-element detector. Information about the composition of the sample is obtained by interpreting the signals received from the detector elements.
Аналогом является устройство по патенту США 20170141477 А1. Согласно прототипу, на поверхности подложки находится молекулярная проба в виде метаматериала, где на указанную пробу падает электромагнитная волна от внешнего источника, причем падающая волна отражается со сдвигом фазы от указанной поверхности с указанным метаматериалом. Отраженная волна воспринимается приемником. Для усиления и оптимизации отражения имеются на указанной поверхности периодическая неоднородная структура и подключение к внешней пассивной электронной системе с конденсатором переменной емкости. Информацию о составе пробы получают путем интерпретации сигналов, получаемых приемника отраженной волны. An analogue is the device according to US patent 20170141477 A1. According to the prototype, on the surface of the substrate there is a molecular sample in the form of a metamaterial, where an electromagnetic wave from an external source is incident on the specified sample, and the incident wave is reflected with a phase shift from the specified surface with the specified metamaterial. The reflected wave is received by the receiver. To enhance and optimize the reflection, there is a periodic inhomogeneous structure on the indicated surface and a connection to an external passive electronic system with a variable capacitor. Information about the composition of the sample is obtained by interpreting the signals received by the reflected wave receiver.
Миниатюрный металлический полупроводниковый металлический фотодетектор был разработан в качестве основного детектора для биосенсора хемилюминесценции [Электрофорез, 2009, 30(18):3189-3197]. Информацию о составе пробы получают путем интерпретации сигналов, получаемых от элементов детектора. Особенностью аналога по патенту США 005955729A является ППР в сочетании с детектированием вторичных частиц на основе масс спектроскопии для быстрого, чувствительного и точного исследования молекулярных взаимодействий в сочетании с их идентификацией и количественной оценкой.A miniature metal semiconductor metal photodetector was developed as the main detector for a chemiluminescence biosensor [Electrophoresis, 2009, 30 (18): 3189-3197]. Information about the composition of the sample is obtained by interpreting the signals received from the detector elements. A feature of the analogue of US patent 005955729A is SPR in combination with detection of secondary particles based on mass spectroscopy for fast, sensitive and accurate study of molecular interactions in combination with their identification and quantitative assessment.
Известные аналоги: патенты США 8,969,805 B2, 7709247B2, WO2006137824A2, TWI303314B, представляют сенсоры низкоэнергетичной ТГц спектроскопии проб на поверхности, в том числе проб в виде растворов, в которых взаимодействие молекул между собой воздействует на отражение ТГц волны от интерфейса. Источник ТГц волны является внешним по отношению к сенсору. Информацию о составе пробы получают путем интерпретации сигналов, получаемых от датчиков вторичной ТГц волны, получаемой после ее взаимодействия с биомолекулярной пробой. Known analogues: US patents 8,969,805 B2, 7709247B2, WO2006137824A2, TWI303314B, are sensors for low-energy THz spectroscopy of samples on the surface, including samples in the form of solutions, in which the interaction of molecules with each other affects the reflection of the THz wave from the interface. The THz wave source is external to the sensor. Information on the composition of the sample is obtained by interpreting the signals received from the sensors of the secondary THz wave obtained after its interaction with the biomolecular sample.
Аналогом является устройство по патенту WO2017011940A1 (2015 год). Согласно аналогу, на поверхности подложки находится молекулярная проба в виде пленки, полученной дегидратацией раствора, в котором имеются наночастицы из золота. На указанную дегидратированную пробу падает электромагнитная волна ТГц диапазона частот от внешнего источника, сигналы, вышедшие в разные моменты времени из разных точек указанной пленки, соответствующие прошедшим или отраженным волнам со сдвигами частоты, воспринимаются секционированными детекторами. Наночастицы усиливают электромагнитную волну в точках, что приводит к усилению сигналов облучения детекторов. Информацию о составе пробы получают путем интерпретации зависящих от времени сигналов, получаемых от детекторов.An analogue is the device according to the patent WO2017011940A1 (2015). According to an analogue, on the surface of the substrate there is a molecular sample in the form of a film obtained by dehydration of a solution containing gold nanoparticles. An electromagnetic wave of the THz frequency range from an external source is incident on the specified dehydrated sample, the signals that came out at different points in time from different points of the specified film, corresponding to transmitted or reflected waves with frequency shifts, are perceived by sectioned detectors. The nanoparticles amplify the electromagnetic wave at the points, which leads to the amplification of the radiation signals of the detectors. Information about the composition of the sample is obtained by interpreting the time-dependent signals from the detectors.
Электрические сенсоры на основе измерения токов в наноэлектронных цепях представляют аналоги: патенты США 10036064В2, 7947485В2, 9725753В2. В наноэлектронной цепи указанных устройств протекает туннельный ток или конвекционный ток в зазоре между электродами, в котором имеется молекула пробы. Значение тока и его изменения при изменении внешних условий предоставляют информацию о свойствах молекулярной пробы, в том числе о структуре молекулы. С помощью сенсора-аналога RU 2 721 965 C2 производят обнаружение конформационно измененной полимеразы нуклеиновой кислоты путем измерения вариаций электрического сигнала в электропроводящем канале нанотрубки. Electrical sensors based on measuring currents in nanoelectronic circuits are analogous: US patents 10036064B2, 7947485B2, 9725753B2. In the nanoelectronic circuit of these devices, a tunneling current or convection current flows in the gap between the electrodes, which contains the sample molecule. The current value and its changes with changing external conditions provide information about the properties of the molecular sample, including the structure of the molecule. Using a
Рассмотренные выше аналоги обладают меньшей чувствительностью и универсальностью, чем созданные в последние годы полупроводниковые микроэлектронные биомолекулярные сенсоры, в которых в основном устранены недостатки аналогов. Новые полупроводниковые биомолекулярные сенсоры являются наиболее эффективными современными диагностическими приборами (Nano/Micro Science and Technology in Biorheology pp 323-362 Sensing of Biomolecules and Cells by Semiconductor Device). Платформа сенсоров, основанная на полупроводниковом принципе, подходит для применимости в области клинической диагностики, фармацевтических открытий, тканевой инженерии, экологических исследований и контроля пищевых продуктов. Структура микроэлектронного биосенсора состоит из трех функциональных элементов: биологическая проба, интерфейс передачи сигнала и устройство обнаружения. Функциональные интерфейсы формируются между твердыми и жидкими фазами, и могут быть классифицированы как физически структурированный интерфейс, химически модифицированный интерфейс и биологически индуцированный интерфейс. The analogs considered above have less sensitivity and versatility than the semiconductor microelectronic biomolecular sensors created in recent years, in which the disadvantages of analogs are mainly eliminated. New semiconductor biomolecular sensors are the most effective modern diagnostic devices (Nano / Micro Science and Technology in Biorheology pp 323-362 Sensing of Biomolecules and Cells by Semiconductor Device). The semiconductor-based sensor platform is suitable for applications in clinical diagnostics, pharmaceutical discovery, tissue engineering, environmental research, and food control. The structure of a microelectronic biosensor consists of three functional elements: a biological sample, a signal transmission interface and a detection device. Functional interfaces are formed between solid and liquid phases, and can be classified as a physically structured interface, a chemically modified interface, and a biologically induced interface.
Аналог по патенту США 6753OA1 основан на обнаружении изменения электрического сопротивления полупроводникового материала, наноструктурированного в сочетании с биомолекулярным материалом, причем сопротивление модулируется конформационным состоянием биомолекул.The analogue for US patent 6753OA1 is based on the detection of a change in the electrical resistance of a semiconductor material nanostructured in combination with a biomolecular material, the resistance being modulated by the conformational state of biomolecules.
Полупроводниковые сенсоры на основе полевых транзисторов отличаются способностью к усилению слабых сигналов, а органических транзисторов - высокой химической чувствительностью. Semiconductor sensors based on field effect transistors are distinguished by the ability to amplify weak signals, and organic transistors - by high chemical sensitivity.
В биосенсорах полевого эффекта электрический потенциал на поверхности полупроводника изменяется при варьировании концентрации биомолекул. Принцип полупроводникового устройства, основанного на полевом эффекте, позволяет обнаруживать ионные заряды биологических явлений в режиме реального времени и неинвазивным образом, так как большинство биомолекул имеют внутренние молекулярные заряды. Например, ДНК тесно связана с ионными зарядами. Один положительный или один отрицательный заряд ионной молекулы электростатически взаимодействует с одним электронным зарядом в полупроводниковом устройстве. Таким образом, ионное состояние, основанное на биологических явлениях, может быть непосредственно обнаружено с помощью полупроводниковых устройств. Большинство биологических явлений in vivo тесно связаны с электрическим поведением заряженных частиц, например, молекулы ДНК с отрицательными зарядами на основе фосфатных групп, ионов калия (ионов калия, ионов натрия и так далее) через ионные каналы на клеточной мембране. Для проведения измерений затвор полевого транзистора эффекта соприкасается с измеряемым раствором. Известны полевые сенсоры для обнаружения ДНК, в их основе - полевой транзистор. Полевой транзистор с биомолекулярным слоем действует как передатчик сигнала, отделенный изоляторным слоем (например, SiO2) от элемента биологического распознавания (например, рецепторов или молекул зонда), которые являются селективными к молекуле-мишени, называемой аналитом. Как только аналит связывается с элементом распознавания, распределение заряда на поверхности изменяется, что приводит к соответствующему изменению электростатического поверхностного потенциала полупроводника. Это изменение в поверхностном потенциале полупроводника действует как напряжение затвора в традиционном полевом транзисторе. При этом происходит изменение тока между истоком и стоком в канале. Изменение тока может быть измерено, и наличие связанного аналита может быть обнаружено. In field effect biosensors, the electric potential on the semiconductor surface changes with varying concentration of biomolecules. The principle of the semiconductor device based on the field effect allows the detection of ionic charges of biological phenomena in real time and in a non-invasive manner, since most biomolecules have internal molecular charges. For example, DNA is closely related to ionic charges. One positive or one negative charge of an ionic molecule electrostatically interacts with one electronic charge in a semiconductor device. Thus, the ionic state based on biological phenomena can be directly detected using semiconductor devices. Most biological phenomena in vivo are closely related to the electrical behavior of charged particles, for example, DNA molecules with negative charges based on phosphate groups, potassium ions (potassium ions, sodium ions, etc.) through ion channels on the cell membrane. For measurements, the gate of the effect field-effect transistor is in contact with the solution to be measured. Known field sensors for detecting DNA, based on a field-effect transistor. A biomolecular-layer field effect transistor acts as a signal transmitter separated by an insulating layer (eg SiO 2 ) from a biological recognition element (eg receptors or probe molecules) that are selective for a target molecule called an analyte. As soon as the analyte binds to the recognition element, the charge distribution on the surface changes, which leads to a corresponding change in the electrostatic surface potential of the semiconductor. This change in the surface potential of the semiconductor acts like a gate voltage in a traditional field-effect transistor. In this case, there is a change in the current between the source and drain in the channel. The change in current can be measured and the presence of the bound analyte can be detected.
Изобретение-аналог WO2004048962A1 содержит датчик в виде полевого транзистора для обнаружения по крайней мере одной биомолекулы, и включает управляемый полупроводниковый переключатель для изменения состояния канала.The invention-analogue WO2004048962A1 contains a sensor in the form of a field-effect transistor for detecting at least one biomolecule, and includes a controllable semiconductor switch for changing the state of the channel.
В устройстве-аналоге по патенту США 0080962 А1 использована способность полупроводящих нанопроводов полевых транзисторов служить высокочувствительными датчиками для биохимических веществ, включая небольшие молекулы, белки и нуклеиновые кислоты. Наномасштабное ограничение тока канала в соответствии большим отношением площади поверхности к объему позволяет заряженным молекулам, связанным с поверхностью, более эффективно изменять потенциал затвора устройства, что позволяет осуществлять прямое электронное обнаружение конкретных молекул. The device-analogue of US patent 0080962 A1 uses the ability of semiconducting nanowires of field-effect transistors to serve as highly sensitive sensors for biochemical substances, including small molecules, proteins and nucleic acids. Nanoscale channel current limiting to match a large surface area to volume ratio allows charged molecules bound to the surface to more efficiently alter the gate potential of the device, allowing direct electronic detection of specific molecules.
В устройстве-аналоге и в соответствии с методикой по патенту WO 2007/090649 A1 определяются фармакологически активные вещества путем измерения токов клеточной мембраны с помощью внеклеточного сенсора. Живая клетка находится в оперативном контакте с электропотенциал-чувствительной подложкой. В качестве такой подложки используется канал полевого транзистора. В целом, устройство является биомолекулярным сенсором, который позволяет измерять баланс ионных токов через мембрану данной живой клетки. In an analogous device and in accordance with the methodology of patent WO 2007/090649 A1, pharmacologically active substances are determined by measuring the currents of the cell membrane using an extracellular sensor. A living cell is in operative contact with an electropotential-sensitive substrate. A field-effect transistor channel is used as such a substrate. In general, the device is a biomolecular sensor that allows you to measure the balance of ion currents across the membrane of a given living cell.
Транзисторы полевого эффекта имеют то преимущество, что они малы по размеру и легко интегрированы в одно устройство. Но, из-за проблем, связанных с интенсивностью сигнала и относительно низкой чувствительностью, они имеют недостатки в качестве электрических датчиков. Field-effect transistors have the advantage of being small in size and easily integrated into one device. But, due to problems with signal strength and relatively low sensitivity, they have disadvantages as electrical sensors.
В ближайшем аналоге, - прототипе данного изобретения по патенту США 7923240 B2, повышение чувствительности достигается дополнительным активированием вещества пробы через присоединенные к ней маркеры. Диагностическое применение относится к устройству и методу эффективного обнаружения аналитов, особенно обнаружения биомолекул. Добавлено внешнее устройство облучения светом, за счет чего объединены принципы фото-индуцированного разделения заряда и приемника-датчика в виде полевого транзистора. Фото-индуцированное разделение заряда в маркере увеличивает сигнал в канале полевого транзистора, что приводит к более чувствительным, специфическим и/или селективным обнаружениям биомолекул в мультиплексных анализах, таких как иммуноанализ и микроанализ ДНК. Фото-индуцированное разделение заряда является отражением конкретных химических и / или биологических взаимодействий, и обнаруживается с помощью электрических датчиков, которые могут быть частью интегрированного устройства на чипе для выполнения химического анализа и медицинской диагностики иммуноанализа. In the closest analogue, the prototype of this invention according to US patent 7923240 B2, an increase in sensitivity is achieved by additional activation of the sample substance through the markers attached to it. Diagnostic application refers to a device and method for the efficient detection of analytes, especially the detection of biomolecules. An external device for light irradiation has been added, due to which the principles of photo-induced charge separation and a receiver-sensor in the form of a field-effect transistor are combined. Photo-induced charge separation in the marker increases the signal in the FET channel, resulting in more sensitive, specific and / or selective detections of biomolecules in multiplex assays such as immunoassays and DNA microanalysis. Photo-induced charge separation is a reflection of specific chemical and / or biological interactions, and is detected using electrical sensors that can be part of an integrated device on a chip to perform chemical analysis and medical diagnostic immunoassays.
Функционально устройство-прототип (по патенту США 7923240 B2) состоит из электрического датчика и комплекса, связанного с поверхностью электрического датчика, указанный комплекс включает канал обнаружения и вещественный маркер, например, молекулярный кластер, привязанный к каналу обнаружения, способный поглощать падающий поток излучения внешнего источника, причем за счет поглощения излучения в маркере разделяются электрические заряды. Functionally, the prototype device (according to US patent 7923240 B2) consists of an electric sensor and a complex associated with the surface of an electric sensor, the specified complex includes a detection channel and a material marker, for example, a molecular cluster attached to the detection channel, capable of absorbing an incident radiation flux from an external source , moreover, due to absorption of radiation in the marker, electric charges are separated.
Согласно описанию патента США 7923240 B2, устройство-прототип представляет собой биомолекулярный микроэлектронный сенсор, содержащий высокочастотный генератор, рабочий объем которого подключен к входу тракта передачи электромагнитного излучения, интерфейс в виде твердотельной электропроводящей пластины с первой и второй поверхностями, исследуемую биомолекулярную пробу, примыкающую к указанной первой поверхности, находящейся в зоне облучения из указанного тракта передачи активирующего электромагнитного излучения, детекторную систему, воспринимающую электромагнитное излучение с пространственным и амплитудным разрешением. According to the description of US patent 7,923,240 B2, the prototype device is a biomolecular microelectronic sensor containing a high-frequency generator, the working volume of which is connected to the input of the electromagnetic radiation transmission path, an interface in the form of a solid-state electrically conductive plate with the first and second surfaces, an investigated biomolecular sample adjacent to the specified the first surface located in the irradiation zone from the specified transmission path of activating electromagnetic radiation, a detector system that perceives electromagnetic radiation with spatial and amplitude resolution.
Недостатки прототипа: Disadvantages of the prototype:
- недостаточная универсальность, ограничения из-за селективного разделения заряда по отношению к частоте дополнительного света;- lack of versatility, limitations due to selective charge separation in relation to the frequency of additional light;
- необходимость применения маркеров, требующая применения дорогостоящей технологии;- the need to use markers, requiring the use of expensive technology;
- требуется подбор специфического вещества маркеров для связи применительно к различным аналитам;- the selection of a specific substance of markers is required for communication with respect to various analytes;
- требуется дополнительный внешний источник электромагнитного излучения;- an additional external source of electromagnetic radiation is required;
- создание оптического канала облучения требует увеличения массы, габаритов и стоимости устройства;- the creation of an optical irradiation channel requires an increase in the mass, dimensions and cost of the device;
- канал обнаружения, которым служит канал полевого транзистора, не обладает частотно-спектральным разрешением сигналов из аналита;- the detection channel, which is the channel of the field-effect transistor, does not have the frequency-spectral resolution of signals from the analyte;
- канал обнаружения, которым служит канал полевого транзистора, не обладает масс-спектральным разрешением активированного аналита;- the detection channel, which is the channel of the field-effect transistor, does not have the mass spectral resolution of the activated analyte;
- отсутствует система прямого активирования материала аналита, например, биомолекул.- there is no system for direct activation of the analyte material, for example, biomolecules.
Недостатки прототипа устранены в предлагаемом изобретении. Задачей настоящего изобретения является создание конструкции, имеющей более простую и дешевую в изготовлении, более экономичную, в целом эффективную и надежную при эксплуатации в составе биомолекулярного сенсора. В отличие от известных, заявляемое устройство содержит систему прямого активирования биомолекулярной пробы в виде единичных молекул или их комплексов, находящихся в контакте с электропроводящей подложки, металлической или полупроводниковой. Используется встроенный, интегрированный генератор высокочастотной электромагнитной волны. В результате повышаются универсальность, чувствительность и точность сенсора. Новизна предлагаемого решения основана на применении технологий, которые ранее не использовались в биомолекулярных сенсорах.The disadvantages of the prototype are eliminated in the present invention. The objective of the present invention is to provide a structure that is simpler and cheaper to manufacture, more economical, generally effective and reliable when used as part of a biomolecular sensor. In contrast to the known, the claimed device contains a system for direct activation of a biomolecular sample in the form of single molecules or their complexes in contact with an electrically conductive substrate, metal or semiconductor. A built-in, integrated high-frequency electromagnetic wave generator is used. The result is increased versatility, sensitivity and accuracy of the sensor. The novelty of the proposed solution is based on the use of technologies that were not previously used in biomolecular sensors.
Отличительная сущность изобретения состоит в том, что в нем используются:The distinctive essence of the invention is that it uses:
- составляющие анализируемую пробу биомолекулы, их комплексы, вирусы, иные наночастицы, метаматериалы, находящиеся в прямом оперативном контакте с электропроводящей подложкой;- biomolecules constituting the analyzed sample, their complexes, viruses, other nanoparticles, metamaterials that are in direct operational contact with an electrically conductive substrate;
- генератор высокочастотной электромагнитной волны, подключенный к электропроводящей подложке;- a high-frequency electromagnetic wave generator connected to an electrically conductive substrate;
- фундаментальный физический эффект активирующего воздействия высокочастотного электромагнитного облучения на электроны проводимости в скин-слое электропроводящей подложки;- the fundamental physical effect of the activating effect of high-frequency electromagnetic irradiation on conduction electrons in the skin layer of an electrically conductive substrate;
- фундаментальный физический эффект активирующего воздействия возбужденных электронов проводимости на поверхностные биомолекулы;- the fundamental physical effect of the activating effect of excited conduction electrons on surface biomolecules;
- электромагнитное излучение активированных биомолекул, принимаемое детекторной системой;- electromagnetic radiation of activated biomolecules, received by the detector system;
- детекторная система с пространственным, амплитудным и спектральным разрешением;- detector system with spatial, amplitude and spectral resolution;
- детекторная система с масс-спектральным разрешением.- detector system with mass spectral resolution.
В качестве встроенного генератора высокочастотной электромагнитной волны заявляемое устройство содержит, как варианты:As a built-in high-frequency electromagnetic wave generator, the claimed device contains, as options:
- твердотельные диоды, то есть двухтерминальные нелинейные полупроводники, используемые для генерации, смешивания, обнаружения и переключения микроволновых сигналов;- solid-state diodes, that is, two-terminal nonlinear semiconductors used for generating, mixing, detecting and switching microwave signals;
- вакуумные микроэлектронные генераторы в виде диодов, триодов, СВЧ приборов и тому подобных конфигураций. - vacuum microelectronic generators in the form of diodes, triodes, microwave devices and similar configurations.
В указанных генераторах используется активная динамическая среда, состоящая из мобильных носителей заряда. These generators use an active dynamic medium consisting of mobile charge carriers.
Наиболее известны и распространены генераторные СВЧ диоды Ганна и лавинно-пролетные диоды. The best known and most widespread are Gann's microwave oscillator diodes and avalanche-transit diodes.
Помимо арсенида галлия (GaAs) и фосфида индия (InP, используется на частотах до 170 ГГц), для изготовления диодов Ганна также применяется нитрид галлия (GaN). В диодах, изготовленных из этого материала, была достигнута наиболее высокая частота колебаний — до 3 ТГц. Работа диода Ганна определяется собственными нелинейными свойствами применяемого полупроводникового материала. Движущийся слой зарядов с высокой напряжённостью электрического поля внутри рабочего объема генератора воспроизводится периодически с пролётной частотой. In addition to gallium arsenide (GaAs) and indium phosphide (InP, used at frequencies up to 170 GHz), gallium nitride (GaN) is also used for the manufacture of Gunn diodes. In diodes made of this material, the highest oscillation frequency was achieved - up to 3 THz. The operation of the Gunn diode is determined by the intrinsic nonlinear properties of the used semiconductor material. A moving layer of charges with a high electric field strength inside the working volume of the generator is reproduced periodically with a transit frequency.
Пролетная частота обратно пропорциональна длине кристалла полупроводника и прямо пропорциональна скорости движения домена.The flight frequency is inversely proportional to the length of the semiconductor crystal and is directly proportional to the velocity of the domain.
Лавинно-пролётный диод (ЛПД, IMPATT-диод) — диод, основанный на лавинном умножении носителей заряда. Лавинно-пролётные диоды применяются в основном для генерации колебаний в диапазоне СВЧ. Для изготовления лавинно-пролётных диодов используют кремний и арсенид галлия. Из слоя умножения периодически выходят сгустки электронов, которые движутся через слой дрейфа, ток в диоде имеет вид прямоугольных импульсов. Этот режим работы диода называется пролётным (IMPATT-диоды). Avalanche-transit diode (ATD, IMPATT-diode) is a diode based on avalanche multiplication of charge carriers. Avalanche-transit diodes are mainly used to generate oscillations in the microwave range. For the manufacture of avalanche-transit diodes, silicon and gallium arsenide are used. Electron bunches periodically leave the multiplication layer and move through the drift layer; the current in the diode has the form of rectangular pulses. This mode of operation of the diode is called transit (IMPATT diodes).
Лавинно-пролётные TRAPATT-диоды работают в режиме с захваченной полупроводниковой плазмой.Avalanche-transit TRAPATT diodes operate in a captured semiconductor plasma mode.
Существует разновидность лавинно-пролётных диодов, работающих в инжекционно-пролётном режиме (BARITT-диоды).There is a variety of avalanche-transit diodes operating in the injection-transit mode (BARITT diodes).
Свойством СВЧ диодов является наличие возбужденных носителей заряда в полупроводнике, например, так называемых горячих электронов, обеспечивающих генерацию переменного электромагнитного поля. Высокочастотная электронная волна, обусловленная движением возбужденных носителей заряда в полупроводнике, оказывает активирующее действие на поверхность, ограничивающую рабочий объем диода. The property of microwave diodes is the presence of excited charge carriers in a semiconductor, for example, the so-called hot electrons, which generate an alternating electromagnetic field. A high-frequency electronic wave, caused by the movement of excited charge carriers in a semiconductor, has an activating effect on the surface that limits the working volume of the diode.
Подобными свойствами на более высоком уровне мощности обладают также микроэлектронные сверхвысокочастотные вакуумные приборы.Microelectronic microwave vacuum devices also have similar properties at a higher power level.
Поставленная задача изобретения решена в вариантах конструкции и соответствующих способах, охарактеризованных в п.п.1-7 Формулы. Недостатки прототипа устранены в данном изобретении в принципиально новой конструкции биомолекулярного сенсора. Биомолекулярный микроэлектронный сенсор содержит высокочастотный генератор, рабочий объем которого подключен к входу тракта передачи электромагнитного излучения, интерфейс в виде твердотельной электропроводящей пластины с первой и второй поверхностями, исследуемую биомолекулярную пробу, примыкающую к указанной первой поверхности, находящейся в зоне облучения из указанного тракта передачи активирующего электромагнитного излучения, детекторную систему, воспринимающую электромагнитное излучение с пространственным и амплитудным разрешением, а также имеет принципиальные отличия, представленные в вариантах конструкции. The set object of the invention is solved in the design options and the corresponding methods described in clauses 1-7 of the Formula. The disadvantages of the prototype are eliminated in this invention in a fundamentally new design of the biomolecular sensor. The biomolecular microelectronic sensor contains a high-frequency generator, the working volume of which is connected to the input of the transmission path of electromagnetic radiation, an interface in the form of a solid-state electrically conductive plate with the first and second surfaces, the investigated biomolecular sample adjacent to the specified first surface located in the irradiation zone from the specified transmission path of the activating electromagnetic radiation, a detector system that perceives electromagnetic radiation with spatial and amplitude resolution, and also has fundamental differences presented in the design options.
На Фиг.1. приведено схематическое изображение с примером элементов конструкции: 1- источник постоянного напряжения; 2- интерфейс в виде твердотельной электропроводящей пластины; 3- биомолекулярная проба; 4 –поток излучения в виде электромагнитной волны или материальных частиц из активированной биомолекулярной пробы; 5- детекторная система, воспринимающая поток излучения; 6- первая поверхность пластины 2; 7 - вторая поверхность пластины 2; 8 - рабочий объем высокочастотного генератора электромагнитной волны; 9 – активная динамическая среда генератора, состоящая из мобильных носителей заряда; 10 - тракт передачи электромагнитного излучения, совмещенный с объемом пластины 2 между первой поверхностью 6 и второй поверхностью 7. Fig. 1. a schematic representation with an example of structural elements is shown: 1- constant voltage source; 2- interface in the form of a solid-state electrically conductive plate; 3- biomolecular test; 4 - radiation flux in the form of an electromagnetic wave or material particles from an activated biomolecular sample; 5- detector system that perceives the radiation flux; 6 - the first surface of the
Согласно п.1 Формулы, задача решается следующим образом (Фиг.1): According to
в отличие от известных аналогов и прототипа, рабочий объем высокочастотного генератора электромагнитной волны примыкает к второй поверхности электропроводящей пластины, так что тракт передачи электромагнитного излучения совмещен с объемом твердотельной электропроводящей пластины между ее первой и второй поверхностями. В этом случае при движении возбужденных зарядов в рабочем объеме генератора часть этих зарядов неупруго рассеивается на второй поверхности, передавая энергию электронам проводимости, находящимся в объеме пластины. Электроны проводимости в подложке, в свою очередь, рассеиваются на первой поверхности изнутри пластины, передавая свою энергию биомолекулам, примыкающим к первой поверхности снаружи. За счет действия электронов проводимости, падающих изнутри из объема металла или полупроводника подложки на ее поверхность, происходит активирование аналита, находящегося в прямом контакте с электропроводящей подложкой. Физический эффект передачи энергии в такой системе известен. [Мишин М.В., Цыбин О.Ю. / Письма в ЖТФ, том 22, вып.4, 26 февраля 1996г., С. 21-24; Цыбин О.Ю., Цыбин Ю.О., Кравец Н.М./ Известия АН, Серия физическая, т.66, №8, 2002. с.1293-1206; Цыбин О.Ю. Вакуумная техника и технология Т.21, №1, 2011, стр. 17-20]. Unlike the known analogs and the prototype, the working volume of the high-frequency generator of the electromagnetic wave is adjacent to the second surface of the electrically conductive plate, so that the path for transmitting electromagnetic radiation is aligned with the volume of the solid-state electrically conductive plate between its first and second surfaces. In this case, when the excited charges move in the working volume of the generator, some of these charges are inelastically scattered on the second surface, transferring energy to the conduction electrons located in the volume of the plate. Conduction electrons in the substrate, in turn, are scattered on the first surface from the inside of the plate, transferring their energy to biomolecules adjacent to the first surface from the outside. Due to the action of conduction electrons falling from the inside from the bulk of the metal or semiconductor of the substrate onto its surface, the analyte being in direct contact with the electrically conductive substrate is activated. The physical effect of energy transfer in such a system is known. [Mishin M.V., Tsybin O.Yu. / Letters to ZhTF, volume 22,
Горячие электроны проводимости переходят из объема пластины в биомолекулы на поверхности по связям атомов пластины с молекулярными орбиталями частиц, и за счет этого происходит эффективная передача энергии. Таким образом формируется тракт передачи энергии из рабочего объема СВЧ генератора, полностью расположенный внутри пластины между ее поверхностями. Длительность индивидуального контакта молекулы с пролетным доменом определяется на уровне пико – фемто секунд, что создает сверхширокополосный спектр частот активирующего облучения. В результате активирования возникают внутримолекулярные колебания, излучающие электромагнитные волны преимущественно в дальнем инфракрасном диапазоне. При повышении передаваемой энергии увеличивается вероятность разрыва связей аналита с поверхностью и, соответственно, происходит генерация десорбированного потока частиц аналита. Схематическое изображение полупроводникового биомолекулярного сенсора с примером элементов конструкции показано на Фигуре 1. Обозначены источник постоянного напряжения, интерфейс в виде твердотельной электропроводящей пластины, биомолекулярная проба, поток излучения в виде электромагнитной волны или материальных частиц из активированной биомолекулярной пробы, детекторная система, воспринимающая поток излучения, первая поверхность пластины, вторая поверхность пластины, рабочий объем высокочастотного генератора электромагнитной волны, активная динамическая среда генератора, состоящая из мобильных носителей заряда, тракт передачи электромагнитного излучения, совмещенный с объемом пластины между первой поверхностью и второй поверхностью. По сравнению с прототипом, исключены внешний генератор электромагнитной волны и внешний тракт передачи от него к аналиту. Вместо них установлены встроенный микроэлектронный генератор, в том числе в интегральном исполнении, и встроенный тракт передачи минимальной протяженности.Hot conduction electrons pass from the bulk of the plate into biomolecules on the surface through the bonds of the atoms of the plate with the molecular orbitals of the particles, and due to this there is an effective transfer of energy. Thus, an energy transfer path is formed from the working volume of the microwave generator, completely located inside the plate between its surfaces. The duration of the individual contact of the molecule with the transit domain is determined at the level of pico-femto seconds, which creates an ultra-wideband spectrum of frequencies of the activating radiation. As a result of activation, intramolecular vibrations arise, emitting electromagnetic waves mainly in the far infrared range. With an increase in the transmitted energy, the probability of breaking the bonds of the analyte with the surface increases and, accordingly, the generation of a desorbed stream of analyte particles occurs. A schematic representation of a semiconductor biomolecular sensor with an example of structural elements is shown in Figure 1. A constant voltage source, an interface in the form of a solid-state electrically conductive plate, a biomolecular sample, a radiation flux in the form of an electromagnetic wave or material particles from an activated biomolecular sample, a detector system that perceives a radiation flux are indicated. the first surface of the plate, the second surface of the plate, the working volume of the high-frequency generator of the electromagnetic wave, the active dynamic medium of the generator, consisting of mobile charge carriers, the transmission path of electromagnetic radiation, combined with the volume of the plate between the first surface and the second surface. In comparison with the prototype, the external generator of the electromagnetic wave and the external transmission path from it to the analyte are excluded. Instead of them, a built-in microelectronic generator, including an integral version, and a built-in transmission path of the minimum length are installed.
Согласно п.2 Формулы, высокочастотный генератор электромагнитной волны выполнен в виде микроэлектронного сверхвысокочастотного полупроводникового диода, например, диода Ганна. В пролетном режиме диода Ганна и других СВЧ диодов реализуются осциллирующие электронные и дырочные домены, поле которых выходит на поверхность устройства.According to
Согласно п.3 Формулы, указанный высокочастотный генератор электромагнитной волны выполнен в виде микроэлектронного сверхвысокочастотного вакуумного прибора, что позволяет существенно повысить в диапазоне ГГц-ТГц мощность активирования биомолекул и, соответственно, амплитуду диагностического сигнала. According to
Согласно п.4 Формулы, указанная детекторная система выполнена в виде анализатора спектра частот. Возбужденные биомолекулы генерируют резонансное характеристическое излучение в инфракрасном, включая дальний (ТГц) диапазон, и в видимом свете. Спектральные характеристики излучения позволяют эффективно интерпретировать структурный состав биомолекулярной пробы. According to
Согласно п.5 Формулы, указанная детекторная система выполнена в виде анализатора спектра масс. Возбужденные биомолекулы генерируют поток десорбированных частиц, в том числе в ионизованном состоянии. Масс-спектральные характеристики излучения позволяют с высокой эффективностью интерпретировать структурный состав биомолекулярной пробы.According to
Согласно п.6 Формулы, указанная электропроводящая подложка изготовлена из органического полупроводника, что позволяет дополнить биохимический анализ аналита. According to
Согласно п.7 Формулы, указанная электропроводящая пластина подключена более, чем к одному генератору электромагнитной волны, что позволяет существенно расширить амплитудный и спектральный диапазон активирующих излучений.According to
Суммарный положительный эффект от применения типов конструкции и способов эксплуатации биомолекулярного сенсора согласно предлагаемому изобретению заключается в том, что повышаются универсальность, быстродействие, чувствительность и точность, снижаются масса, габариты и стоимость. Увеличиваются ресурс, повышаются надежность, стабильность и эффективность работы.The overall positive effect of the use of the design types and methods of operation of the biomolecular sensor according to the present invention is that the versatility, speed, sensitivity and accuracy increase, and the weight, size and cost are reduced. The resource increases, the reliability, stability and efficiency of work increase.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020137579A RU2749698C1 (en) | 2020-11-17 | 2020-11-17 | Biomolecular sensor with a microelectronic generator of an electromagnetic wave |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020137579A RU2749698C1 (en) | 2020-11-17 | 2020-11-17 | Biomolecular sensor with a microelectronic generator of an electromagnetic wave |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2749698C1 true RU2749698C1 (en) | 2021-06-16 |
Family
ID=76377520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020137579A RU2749698C1 (en) | 2020-11-17 | 2020-11-17 | Biomolecular sensor with a microelectronic generator of an electromagnetic wave |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2749698C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070231790A1 (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-04 | Intel Corporation | Photo-activated field effect transistor for bioanalyte detection |
| RU2527699C1 (en) * | 2013-02-20 | 2014-09-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский физико-технический институт (государственный университет) | Biological sensor and method of creation of biological sensors |
| RU2644979C2 (en) * | 2016-06-30 | 2018-02-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" | Method of producing biosensor structure |
| RU2675775C1 (en) * | 2013-12-10 | 2018-12-24 | Иллумина, Инк. | Biosensors for biological or chemical analysis and methods of manufacturing same |
| US20190041354A1 (en) * | 2017-08-01 | 2019-02-07 | Illumina, Inc. | Field effect sensors |
| US20190339228A1 (en) * | 2009-05-29 | 2019-11-07 | Life Technologies Corporation | Methods and apparatus for measuring analytes |
-
2020
- 2020-11-17 RU RU2020137579A patent/RU2749698C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070231790A1 (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-04 | Intel Corporation | Photo-activated field effect transistor for bioanalyte detection |
| US20190339228A1 (en) * | 2009-05-29 | 2019-11-07 | Life Technologies Corporation | Methods and apparatus for measuring analytes |
| RU2527699C1 (en) * | 2013-02-20 | 2014-09-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский физико-технический институт (государственный университет) | Biological sensor and method of creation of biological sensors |
| RU2675775C1 (en) * | 2013-12-10 | 2018-12-24 | Иллумина, Инк. | Biosensors for biological or chemical analysis and methods of manufacturing same |
| RU2644979C2 (en) * | 2016-06-30 | 2018-02-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" | Method of producing biosensor structure |
| US20190041354A1 (en) * | 2017-08-01 | 2019-02-07 | Illumina, Inc. | Field effect sensors |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Carminati | Advances in high-resolution microscale impedance sensors | |
| Lu et al. | Ultrasensitive detection of dual cancer biomarkers with integrated CMOS-compatible nanowire arrays | |
| JP2021039114A (en) | Debye length modulation | |
| Senveli et al. | Biosensors in the small scale: methods and technology trends | |
| JP2018511805A (en) | Devices and methods for sample analysis | |
| US20150308977A1 (en) | Biomolecule detection method, biomolecule detection device and analysis device | |
| WO2009023857A1 (en) | Impedance spectroscopy of biomolecules using functionalized nanoparticles | |
| KR19980702850A (en) | Multi-array, multi-specific electrochemiluminescence test | |
| JP2001522999A (en) | Nano-electrode array | |
| AU2005203756A1 (en) | System and method for detecting and identifying molecular events in a test sample | |
| Lei et al. | CMOS biosensors for in vitro diagnosis–transducing mechanisms and applications | |
| JP3562912B2 (en) | Surface plasmon sensor | |
| US20210382045A1 (en) | Dynamic excitation and measurement of biochemical interactions | |
| US10422764B2 (en) | Sensing platform for quantum transduction of chemical information | |
| Liu et al. | Comparative analysis of static and non-static assays for biochemical sensing using on-chip integrated field effect transistors and solidly mounted resonators | |
| Lee et al. | Ultrasensitive electrical detection of follicle-stimulating hormone using a functionalized silicon nanowire transistor chemosensor | |
| RU2749698C1 (en) | Biomolecular sensor with a microelectronic generator of an electromagnetic wave | |
| Li et al. | Light-addressable potentiometric sensors in microfluidics | |
| US10746692B2 (en) | Debye length modulation | |
| US20220011262A1 (en) | Debye length modulation | |
| KR102146877B1 (en) | Integral Label-Free Biosensor and Method for Analysis Using the Same | |
| KR100737860B1 (en) | Bio-bonding detection apparatus using wireless antenna and method thereof | |
| KR102544398B1 (en) | Biofet system | |
| JP2012211819A (en) | Biosensor | |
| WO2022270043A1 (en) | Analysis system, trained model generation device, differentiation system, analysis method, trained model generation method, and differentiation method |