DE10226945A1 - Field effect transistor for identifying biochemical reaction or bonding in diagnostics or other clinical applications or as a label-free biosensor, has collector molecules coupled to an organic semiconductor on a channel region - Google Patents

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Abstract

In a field effect transistor (FET) (10), comprising a substrate (20), a drain region (30), a source region (40), a channel region (70) and a gate region, the channel region has a layer based on an organic semiconductor material and, coupled to this by physical or chemical interactions, collector molecules selected from nucleic acids, proteins, enzymes, peptides, low-molecular organic ligands and supramolecular systems.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Feldeffekttransistor auf Basis eines organischen Halbleitermaterials, der zur Durchführung von Verfahren zum Nachweis biochemischer (Bindungs)Reaktionen sowie hierfür insbesondere zur Untersuchung von enzymatischen Reaktionen, Nukleinsäure-Hybridisierungen, Protein-Protein-Wechselwirkungen und anderen Bindungsreaktionen im Bereich der Genom-, Proteomoder Wirkstoff-Forschung in Biologie und Medizin bzw. in der Diagnostik und anderen klinischen Anwendungen befähigt ist, sowie dessen Verwendung als labelfreier Biosensor.The present invention relates to a field effect transistor based on an organic semiconductor material, the one to carry out of methods for the detection of biochemical (binding) reactions as well therefor especially for the investigation of enzymatic reactions, nucleic acid hybridizations, Protein-protein interactions and other binding reactions in the field of genome, proteome or drug research in biology and Medicine or in diagnostics and other clinical applications capable and its use as a label-free biosensor.

Für die Biowissenschaften und die medizinische Diagnostik ist die Detektion (bio)chemischer Reaktionen, d.h. die Detektion biologisch relevanter Moleküle in definiertem Untersuchungsmaterial von herausragender Bedeutung. In diesem Rahmen wird die Entwicklung von sogenannten Biochips bzw. Biosensoren stetig vorangetrieben. Bei derartigen Biochips handelt es sich üblicherweise um miniaturisierte hybride Funktionselemente mit biologischen und technischen Komponenten, insbesondere auf einer Oberfläche (Außenoberfläche und/oder Innenoberfläche) immobilisierte Biomoleküle, die als spezifische Interaktionspartner dienen. Häufig weist die Struktur dieser Funktionselemente Reihen und Spalten auf. Man spricht dann von sogenannten „Chip-Arrays". Da tausende von biologischen bzw. biochemischen Funktionselementen auf einem Chip angeordnet sein können, werden diese in der Regel mit mikrotechnischen Methoden angefertigt. Als biologische und biochemische Funktionselemente kommen insbesondere DNA, RNA, LNA, PNA, (bei Nukleinsäuren und ihren chemischen Derivaten können z.B. Einzelstränge, Triplex-Strukturen oder Kombinationen hiervon vorliegen), Saccharide, Peptide, Proteine (z.B. Antikörper, Antigene, Rezeptoren), organische Moleküle, die von Verbindungsbibliotheken stammen, die auf Methoden der kombinatorischen Chemie basieren, Zellbestandteile (z.B. Organellen), einzelne Zellen, mehrzellige Organismen sowie Zellverbände in Frage.For the biosciences and medical diagnostics is detection (bio) chemical reactions, i.e. the detection of biologically relevant molecules in a defined Examination material of outstanding importance. In this frame the development of so-called biochips or biosensors is steadily increasing promoted. Such biochips are usually around miniaturized hybrid functional elements with biological and technical Components, in particular immobilized on a surface (outer surface and / or inner surface) biomolecules that serve as specific interaction partners. Often points the structure of these functional elements rows and columns. you then speaks of so-called "chip arrays". Because thousands of biological or biochemical functional elements on a chip can be arranged these are usually made using microtechnical methods. In particular come as biological and biochemical functional elements DNA, RNA, LNA, PNA, (for nucleic acids and their chemical derivatives can e.g. Single strands Triplex structures or combinations thereof), saccharides, Peptides, proteins (e.g. antibodies, Antigens, receptors), organic molecules that come from compound libraries, based on combinatorial chemistry methods, cell components (e.g. organelles), single cells, multicellular organisms as well cell aggregates in question.

Im Rahmen des Einsatzes solcher Biochips in entsprechenden Analyseverfahren werden heute meistens optische Verfahren verwendet, die weitgehend auf Verfahren mit vorheriger Markierung (Labelling) eines oder mehrerer Analyten (Technology Standards for Microarray Research, M. Schena, R. W. Davis in Microarray Biochip Technology, Eaton Publishing, 2000) beruhen. Dabei werden zum Nachweis entsprechender biologischer oder biochemischer Reaktionen beispielsweise kleine Mengen an unterschiedlichen Fängermolekülen punktförmig und matrizenartig, sogenannte Spots, auf einer Oberfläche aus beispielsweise Glas oder Gold fixiert. Anschließend wird ein zu untersuchender Analyt, der üblicherweise fluoreszenzmarkierte Zielmoleküle enthält, über diese Oberfläche gepumpt. Wenn sich die entsprechenden Moleküle des fluoreszierend markierten Analyten mit bzw. an den an der Oberfläche des Trägersubstrats immobilisierten Fängermolekülen bzw. Sonden umsetzen bzw. binden, kann durch optische Anregung mit beispielsweise einem Laser und Messung des entsprechenden Fluoreszenzsignals diese Reaktion bzw. Bindung nachgewiesen werden. Die Signalübertragung erfolgt somit mittels optischer Detektion, z.B. nach einer Fluoreszenzmarkierung, unter Verwendung von passivem Chipmaterial, meist Glas oder Silizium.As part of the use of such biochips in Corresponding analysis methods are today mostly optical methods used largely on procedures with previous labeling (Labeling) one or more analytes (Technology Standards for Microarray Research, M. Schena, R. W. Davis in Microarray Biochip Technology, Eaton Publishing, 2000). Doing so will provide proof corresponding biological or biochemical reactions, for example small amounts of different capture molecules point-like and matrix-like, so-called Spots, on a surface made of glass or gold, for example. Then will an analyte to be examined, which is usually fluorescence-labeled Contains target molecules through this surface pumped. When the corresponding molecules of the fluorescent labeled Analytes with or on those immobilized on the surface of the carrier substrate Capture molecules or Implement or bind probes, for example, by optical excitation a laser and measuring the corresponding fluorescence signal Reaction or bond can be demonstrated. The signal transmission thus takes place by means of optical detection, e.g. after a fluorescent label, using passive chip material, usually glass or silicon.

Ein Nachteil eines solchen optischen Verfahrens besteht jedoch darin, daß der Analyt markiert bzw. gelabelt werden muss, also mit entsprechenden Fluoreszenzmolekülen, beispielsweise Cy3, Cy5, o.ä., versehen werden muß. Zum einen ist hierfür eine chemische Reaktion zwischen dem Analytmolekül und dem Fluoreszenzfarbstoffmolekül notwendig. Zum anderen läßt die Emissivität der Fluoreszenzmoleküle bei längeren bzw. wiederholten Messungen nach, wodurch die Intensität des Meßsignals abnimmt. Abgesehen von den durch den Einsatz solcher Fluoreszenzmarker aufgeworfenen Kosten, ermöglichen solche Fluoreszenzmarkierungsverfahren im allgemeinen nur eine semiquantitative Auswertung. Zudem wird dabei in der Regel kein zufriedenstellendes lineares Auswerteverhalten erhalten.A disadvantage of such an optical However, the method consists in marking the analyte or must be labeled, i.e. with appropriate fluorescence molecules, for example Cy3, Cy5, or the like, must be provided. For one, there is one chemical reaction between the analyte molecule and the fluorescent dye molecule necessary. To the others leave the emissivity of the fluorescent molecules with longer or repeated measurements after, reducing the intensity of the measurement signal decreases. Aside from the use of such fluorescent markers costs incurred such fluorescent labeling methods are generally only semi-quantitative Evaluation. In addition, it is usually not a satisfactory one receive linear evaluation behavior.

Zur qualitativen und quantitativen Analyse von solchen Biomolekülen, wie z.B. Nukleinsäuren, werden daher Markierungs- bzw. Label-freie Verfahren angestrebt, d.h. Verfahren, die ohne aufwändige chemische Modifikation der zu untersuchenden Biomoleküle durchführbar sind. Label-freie analytische Verfahren bieten die Voraussetzung für eine preiswerte Online-Detektion mittels mikroelektronischer Bauelemente, insofern die ansonsten notwendigen Amplifizierungs- bzw. Probenvorbereitungsreaktionen umgangen werden können.For qualitative and quantitative Analysis of such biomolecules, such as. Nucleic acids Therefore, the aim is to have marking-free procedures, i.e. Method, the one without complex chemical Modification of the biomolecules to be examined can be carried out. Label-free analytical procedures offer the prerequisite for inexpensive online detection using microelectronic components, to that extent the otherwise necessary amplification or sample preparation reactions can be avoided.

Neuere Verfahren nutzen zwar auch elektronische bzw. elektrochemische Signale zur Detektion, welche aufgrund einer vorhergehenden Redox-Reaktion generiert werden. Die Redox-Reaktion wird dabei von einem Enzym durchgeführt, welches vor dem zu detektierenden Hybridisierungsereignis an die Nukleinsäure gebunden werden muss. Der aktive Chip basiert dabei auf CMOS-Technologie. Jedoch ist auch bei einem solchen Verfahren eine der Analytik vorausgehende Aufbereitung über eine Markierungsreaktion unter Enzym- und Substratzugabe bzw. Amplifizierung der oder des Analyten erforderlich.Newer methods also use electronic or electrochemical signals for detection, which are generated based on a previous redox reaction. The Redox reaction is there carried out by an enzyme which to the. before the hybridization event to be detected nucleic acid must be bound. The active chip is based on CMOS technology. However, even with such a method, one is prior to the analysis Processing over a labeling reaction with the addition of enzyme and substrate or amplification the analyte or analytes required.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein einfaches, flexibles und kostengünstiges Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Nachweis biochemischer Reaktionen bereitzustellen, ohne daß der Analyt, d.h. die zu untersuchenden Zielmoleküle markiert werden müssen und somit in nativer Form eingesetzt werden können.The present invention is therefore based on the object of providing a simple, flexible and inexpensive method and a device for the detection of biochemical reactions without the analyte, ie the target molecules to be investigated, having to be labeled and thus in native form can be used.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Ausführungsformen gelöst.This task is carried out in the claims featured embodiments solved.

Insbesondere wird ein Feldeffekttransistor, der sich zum Nachweis biochemischer Reaktionen eignet, bereitgestellt, umfassend
ein Substrat,
einen Drain-Bereich,
einen Source-Bereich,
einen Kanalbereich sowie
einen Gate-Bereich,
wobei der Kanalbereich mindestens eine Schicht auf Basis eines organischen Halbleitermaterials aufweist und an diese Schicht über physikalische oder chemische Wechselwirkungen Fängermoleküle, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Nukleinsäuren, Proteinen, Enzymen, Peptiden, niedermolekularen organischen Liganden und supramolekularen Systemen, gekoppelt sind.
In particular, a field effect transistor that is suitable for the detection of biochemical reactions is provided, comprising
a substrate,
a drain area,
a source area
a channel area as well
a gate area
wherein the channel region has at least one layer based on an organic semiconductor material and capture molecules, selected from the group consisting of nucleic acids, proteins, enzymes, peptides, low molecular weight organic ligands and supramolecular systems, are coupled to this layer via physical or chemical interactions.

Sowohl der Drain-Bereich als auch der Source-Bereich können eine Metallelektrode, beispielsweise Platin, Palladium, Gold oder Silber, enthalten. Zwischen dem Drain-Bereich und dem Source-Bereich ist ein Kanalbereich vorgesehen, wobei der Kanalbereich mindestens eine Schicht auf Basis eines organischen Halbleitermaterials aufweist. Die Schicht auf Basis eines organischen Halbleitermaterials bildet somit den in einem Feldeffekttransistor erforderlichen Kanalbereich zum Transport elektrischer Ladungsträger von dem Source-Bereich in den Drain-Bereich. Weiterhin ist ein Gate-Bereich vorgesehen, über den die elektrische Leitfähigkeit des Kanalbereichs steuerbar ist. Der Gate-Bereich kann eine Gate-Elektrode, beispielweise aus Nickel, und eine Trennschicht umfassen. Der Gate-Bereich wird durch die Trennschicht von dem Drain-Bereich, dem Source-Bereich und dem Kanalbereich derart elektrisch getrennt, daß die Leitfähigkeit bzw. der Widerstand (Impedanz) des Kanalbereichs über den Gate-Bereich steuerbar ist. Die Trennschicht kann eine elektrisch isolierende Trennschicht und/oder eine Schicht mit einer großen Dielektrizitätskonstante sein. Vorzugsweise ist die Trennschicht aus Siliziumdioxid gebildet.Both the drain area as well the source area can a metal electrode, for example platinum, palladium, gold or Silver included. Between the drain area and the source area a channel area is provided, the channel area at least has a layer based on an organic semiconductor material. Forms the layer based on an organic semiconductor material thus the channel area required in a field effect transistor for transporting electrical charge carriers from the source area in the drain area. Furthermore, a gate area is provided over which the electrical conductivity the channel area is controllable. The gate area can be a gate electrode, for example made of nickel, and comprise a separating layer. The gate area is through the separation layer from the drain region, the source region and the Channel area so electrically separated that the conductivity or resistance (Impedance) of the channel area above the gate area is controllable. The separation layer can be electrical insulating separating layer and / or a layer with a large dielectric constant. The separating layer is preferably formed from silicon dioxide.

Der Kanalbereich wird durch eine Schicht auf Basis eines organischen Halbleitermaterials gebildet. Über den bei einer solchen Anordnung auftretenden Feldeffekt kann die Ladungsträgerdichte des Kanalbereichs über den Gate-Bereich gesteuert werden, insbesondere über die elektrische Potentialdifferenz zwischen der Gate-Elektrode und dem Kanalbereich. Vorzugsweise ist das organische Halbleitermaterial aus (i) konjugierten polymeren Kohlenwasserstoffen, umfassend Polyacetylen, Polyphenylen, Poly(phenylenvinylen) und deren Derivate, einschließlich Oligomeren dieser konjugierten polymeren Kohlenwasserstoffe, (ii) konjugierten heterocyclischen Aromaten, umfassend Polyanilin, Polypyrrol, Polythiophen, Polyfuran und Poly(thiophenvinylen), einschließlich Oligomeren davon, oder (iii) aus ortho- bzw. ortho- und peri-annellierten polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen mit 4 bis 20 annellierten Ringen ausgewählt. Unter Derivaten werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere deren Derivate verstanden, die mit (C1-C6)-Alkylresten, (C3-C-7)– Cycloalkylresten, die ein oder mehrere Heteroatome aufweisen können, (C1-C6)-Alkoxyresten, (C1-C6)-Thioetherresten, Hydroxy, Trifluormethyl, Brom, Chlor, Fluor, Phenyl und/oder un-, mono- oder disubstituierten Aminogruppen, wobei die Aminsubstituenten aus (C1-C6)-Alkylresten oder Phenyl ausgewählt sind, substituiert sind.The channel region is formed by a layer based on an organic semiconductor material. The charge carrier density of the channel region can be controlled via the gate region via the field effect occurring in such an arrangement, in particular via the electrical potential difference between the gate electrode and the channel region. Preferably, the organic semiconductor material is composed of (i) conjugated polymeric hydrocarbons, including polyacetylene, polyphenylene, poly (phenylene vinylene) and their derivatives, including oligomers of these conjugated polymeric hydrocarbons, (ii) conjugated heterocyclic aromatics, including polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyfuran and poly (thiophene vinylene), including oligomers thereof, or (iii) selected from ortho or ortho and peri-fused polycyclic aromatic hydrocarbons having 4 to 20 fused rings. Derivatives of the present invention will be understood in the context of particular derivatives thereof with (C 1 -C 6) alkyl, (C 3 -C- 7) - cycloalkyl which may have one or more hetero atoms, (C 1 -C 6 ) Alkoxy radicals, (C 1 -C 6 ) thioether radicals, hydroxy, trifluoromethyl, bromine, chlorine, fluorine, phenyl and / or un-, mono- or disubstituted amino groups, the amine substituents consisting of (C 1 -C 6 ) alkyl radicals or phenyl are selected, are substituted.

Mehr bevorzugt ist das organische Halbleitermaterial aus konjugierten Oligomeren mit wiederkehrenden Einheiten von Pyrrol oder Thiophen, wie z.B. α-Sexithiophen, oder deren Derivaten, oder aus ortho- bzw. ortho- und peri-annellierten polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen mit 4 bis 20 annellierten Ringen ausgewählt. Als solche ortho- bzw. orthound peri-annellierten polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe können Quaterphenyl, Tetracen, Pentacen, Chrysen, Pyren, Perylen und Coronen sowie Derivate davon angeführt werden. Pentacen ist als Material der organischen Halbleiterschicht im Rahmen des erfindungsgemäßen Feldeffekttransistors besonders bevorzugt. Pentacen bildet nach thermischer Abscheidung im Vakuum geordnete Filme. Zudem weist Pentacen einen relativ hohen Schmelzpunkt von 271°C und auf und ist bis ca. 300°C unzersetzlich.The organic is more preferred Semiconductor material made from conjugated oligomers with recurring Units of pyrrole or thiophene, e.g. α-sexithiophene, or their derivatives, or from ortho- or ortho- and peri-fused polycyclic aromatic hydrocarbons with 4 to 20 fused rings selected. As such ortho or ortho and peri-annellated polycyclic aromatic hydrocarbons can Quaterphenyl, tetracene, pentacene, chrysene, pyrene, perylene and coronene as well as derivatives thereof become. Pentacen is the material of the organic semiconductor layer within the scope of the field effect transistor according to the invention particularly preferred. Pentacen forms after thermal deposition films arranged in a vacuum. Pentacen also has a relatively high melting point of 271 ° C and on and is up to about 300 ° C not decompose.

Erfindungsgemäß sind an diese organische Halbleiterschicht über physikalische oder chemische Wechselwirkungen Fängermoleküle, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Nukleinsäuren einschließlich DNA, RNA, LNA („locked nucleic acid" – dabei handelt es sich um künstliche RNA-Derivate, in welchen der Ribosering zwischen dem 2'-Sauerstoff und dem 4'-Kohlenstoff „eingeklemmt" ist; vgl. Brasch, Corey, Chem. Biol. 2001, Bd. 8(1), Seiten 1 bis 7) und PNA, Proteinen, Enzymen, Peptiden, niedermolekularen organischen Liganden und supramolekularen Systemen, gekoppelt. Unter niedermolekularen organischen Liganden werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung solche verstanden, die von Verbindungsbibliotheken stammen, die auf Methoden der kombinatorischen Chemie basieren. Als supramolekulare Systeme, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Fängermoleküle eingesetzt werden können, können beispielsweise Dendrimere angeführt werden. Besonders bevorzugte Fängermoleküle sind Oligonukleotide. Unter Ankopplung der Fängermoleküle an die organische Halbleiterschicht über physikalische oder chemische Wechselwirkungen werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung kovalente, ionische oder elektrostatische Bindungen der Fängermoleküle an das organische Halbleitermaterial verstanden. So kann beispielsweise das organische Halbleitermaterial, wie z.B. Polythiophen, α-Sexithiophen oder Pentacen, zunächst mittels Friedel-Crafts-Acylierung derivatisiert werden und anschließend mit beispielsweise Oligonukleotiden als Fängermoleküle über Säureamidbindungen kovalent gebunden werden. Alternativ kann zunächst die organische Halbleiterschicht aufgebracht werden, beispielsweise durch thermisches Abscheiden im Vakuum im Falle von polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen wie insbesondere Pentacen oder konjugierten Oligomeren wie α-Sexithiophen, und anschließend das Beschichten der organischen Halbleiterschicht mit einer Schicht, aufgebaut aus entsprechenden Fängermolekülen, durch Eintauchen in eine diese Fängermoleküle enthaltende Lösung durchgeführt werden, wobei die Ankopplung der Fängermoleküle an die organische Halbleiterschicht dann über elektrostatische Wechselwirkungen erreicht wird. Des weiteren kann ein gleichzeitiges Aufbringen des organischen Halbleitermaterials, d.h. dessen Moleküle, sowie der Fängermoleküle erfolgen.According to the invention, capture molecules selected from the group consisting of nucleic acids including DNA, RNA, LNA ("locked nucleic acid") are involved in this organic semiconductor layer via physical or chemical interactions - these are artificial RNA derivatives in which the ribosering between the 2'-oxygen and the 4'-carbon is "pinched"; see Brasch, Corey, Chem. Biol. 2001, Vol. 8 (1), pages 1 to 7) and PNA, proteins, enzymes, peptides, low molecular weight organic Ligands and supramolecular systems, coupled. In the context of the present invention, low molecular weight organic ligands are understood to mean those which come from compound libraries which are based on methods of combinatorial chemistry. Dendrimers, for example, can be mentioned as supramolecular systems which can be used as capture molecules in the context of the present invention. Particularly preferred capture molecules are oligonucleotides. Coupling the catcher molecules to the organic semiconductor layer via physical or chemical interactions means covalent, ionic or electrostatic bonds of the catcher molecules to the organic semiconductor material in the context of the present invention. For example, the organic semiconductor material, such as polythiophene, α-sexithiophene or pentacene, can first be derivatized using Friedel-Crafts acylation and then finally covalently bound with, for example, oligonucleotides as capture molecules via acid amide bonds. Alternatively, the organic semiconductor layer can first be applied, for example by thermal deposition in a vacuum in the case of polycyclic aromatic hydrocarbons such as, in particular, pentacene or conjugated oligomers such as α-sexithiophene, and then coating the organic semiconductor layer with a layer composed of corresponding capture molecules by immersion be carried out in a solution containing these capture molecules, the coupling of the capture molecules to the organic semiconductor layer then being achieved via electrostatic interactions. Furthermore, the organic semiconductor material, ie its molecules, and the capture molecules can be applied simultaneously.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auf eine Siliziumdioxidschicht, die als Trennschicht des Gate-Bereichs fungiert, eine aus Linkermolekülen aufgebaute Schicht aufgebracht werden, an welche wiederum über kovalente Bindungen die Fängermoleküle, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Nukleinsäuren, Proteinen, Enzymen, Peptiden, niedermolekularen organischen Liganden und supramolekularen Systemen, gebunden werden. Solche Linkermoleküle unterliegen keiner spezifischen Beschränkung, solange sie befähigt sind, an die auf der Oberfläche der SiO2-Trennschicht vorliegenden OH-Gruppen kovalent zu binden und weiter eine funktionelle Gruppe aufweisen, die zur kovalenten Bindung mit den als Sonden in biologisch-chemischen Reaktionen einsetzbaren Fängermolekülen befähigt ist. Solche Linkermoleküle sind üblicherweise auf der Basis einer Silicium-organischen Verbindung. Derartige bifunktionelle Silicium-organische Verbindungen können beispielsweise Alkoxysilan-Verbindungen mit einer oder mehreren terminalen funktionalen Gruppen, ausgewählt aus Epoxy, Glycidyl, Chlor, Mercapto oder Amino, sein. Vorzugsweise ist die Alkoxysilan-Verbindung ein Glycidoxyalkylalkoxysilan, wie z.B. 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, ein Mercaptoalkylalkoxysilan, wie z.B. γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan, oder ein Aminoalkylalkoxysilan, wie z.B. N-β-(aminoethyl)-γaminopropyltrimethoxysilan. Die Länge der als Spacer zwischen der funktionellen Gruppe, wie z.B. Epoxy bzw. Glycidoxy, welche mit dem Fängermolekül bzw. der Sonde bindet, und der Trialkoxysilangruppe wirkenden Alkylenreste unterliegt dabei keiner Beschränkung. Derartige Spacer können auch Polyethylenglykolreste sein.In one embodiment of the present invention, a layer composed of linker molecules can be applied to a silicon dioxide layer, which functions as a separating layer of the gate region, to which in turn the capture molecules, selected from the group consisting of nucleic acids, proteins, enzymes, via covalent bonds. Peptides, low molecular weight organic ligands and supramolecular systems. Such linker molecules are not subject to any specific limitation, as long as they are capable of covalently binding to the OH groups present on the surface of the SiO 2 separating layer and furthermore have a functional group which can be used for covalent binding with those used as probes in biochemical reactions Capture molecules is capable. Such linker molecules are usually based on an organic silicon compound. Such bifunctional silicon-organic compounds can be, for example, alkoxysilane compounds with one or more terminal functional groups selected from epoxy, glycidyl, chlorine, mercapto or amino. Preferably the alkoxysilane compound is a glycidoxyalkylalkoxysilane, such as 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, a mercaptoalkylalkoxysilane, such as γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, or an aminoalkylalkoxysilane, such as N-β- (aminoethyl) -γaminopropyltrimethoxysilane. The length of the alkylene radicals which act as a spacer between the functional group, such as epoxy or glycidoxy, which binds to the capture molecule or the probe, and the trialkoxysilane group is not subject to any restriction. Such spacers can also be polyethylene glycol residues.

Zur Endfertigung des erfindungsgemäßen Feldeffekttransistors kann das Anbinden bzw. Koppeln von Fängermolekülen wie beispielsweise Oligonukleotiden bzw. DNA-Molekülen über die Linkermoleküle nach den im Stand der Technik üblichen Verfahren erfolgen, beispielsweise bei Verwendung von Epoxysilanen als Linkermoleküle durch anschließende Reaktion der terminalen Epoxidgruppen mit terminalen primären Aminogruppen oder Thiolgruppen von Oligonukleotiden bzw. DNA-Molekülen, die in entsprechenden Analyseverfahren als immobilisierte bzw. fixierte Fängermoleküle für die im zu untersuchenden Analyten vorliegenden Zielmoleküle fungieren. Dabei können beispielsweise die als Fängermoleküle verwendbaren Oligonukleotide unter Verwendung der Synthesestrategie, wie in Tet. Let. 22, 1981, Seiten 1859 bis 1862, beschrieben, hergestellt werden. Die Oligonukleotide können dabei während des Herstellungsverfahrens entweder an der 5- oder der 3-Endstellung mit terminalen Aminogruppen derivatisiert werden.For the completion of the field effect transistor according to the invention can bind or couple capture molecules such as oligonucleotides or DNA molecules via the linker molecules according to the usual in the prior art Processes are carried out, for example when using epoxysilanes as linker molecules by subsequent Reaction of the terminal epoxy groups with terminal primary amino groups or thiol groups of oligonucleotides or DNA molecules, which in corresponding Analysis methods as immobilized or fixed capture molecules for the in target molecules present to be analyzed act. You can for example those that can be used as capture molecules Oligonucleotides using the synthesis strategy as described in Tet. Let. 22, 1981, pages 1859 to 1862. The oligonucleotides can doing while of the manufacturing process at either the 5 or 3 end position can be derivatized with terminal amino groups.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auf eine als Trennschicht des Gate-Bereichs vorgesehene Siliziumdioxidschicht eine aus Linkermolekülen aufgebaute Schicht angeordnet werden, an welche wiederum über kovalente Bindungen sowohl die die organische Halbleiterschicht aufbauenden Moleküle wie z.B. α-Sexithiophen oder Pentacen, als auch Fängermoleküle, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Nukleinsäuren, Proteinen, Enzymen, Peptiden, niedermolekularen organischen Liganden und supramolekularen Systemen, gebunden werden. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß in einem ersten Schritt entweder die Moleküle, welche die organische Halbleiterschicht aufbauen, oder die Fängermoleküle im Unterschuß mit den funktionellen Gruppen der Linkermoleküle, z.B. terminalen Epoxidgruppen bei Verwendung von Epoxysilanen als Linkermoleküle, zur Reaktion gebracht werden und anschließend in einem zweiten Schritt die verbleibenden, nicht reagierten funktionellen Gruppen der Linkermoleküle mit entweder den Molekülen, welche die organische Halbleiterschicht aufbauen, oder den Fängermolekülen, je nachdem welche im ersten Schritt im Unterschuß eingesetzt wurden, umgesetzt werden.In another embodiment The present invention can be applied as a separating layer of the gate region provided silicon dioxide layer a composed of linker molecules Layer can be arranged, to which in turn via both covalent bonds the molecules that make up the organic semiconductor layer, e.g. α-sexithiophene or pentacene, as well as capture molecules, selected from the group consisting of nucleic acids, proteins, enzymes, peptides, low molecular weight organic ligands and supramolecular systems, be bound. This can be achieved, for example, that in a first step is either the molecules that make up the organic semiconductor layer build up, or the capture molecules in deficit with the functional groups of the linker molecules, e.g. terminal epoxy groups when using epoxysilanes as linker molecules and subsequently in a second step the remaining, unreacted functional Groups of linker molecules with either the molecules which build up the organic semiconductor layer, or the capture molecules, each after which were used in the first step in the deficit, implemented become.

Das Substrat des erfindungsgemäßen Feldeffekttransistors unterliegt keiner spezifischen Beschränkung. Es kann sowohl ein festes Substrat, ausgewählt aus Halbleitermaterialien, insbesondere Silizium, oder Glas, als auch eine flexible Kunststofffolie, insbesondere auf PET- oder PEN-Basis, sein. PEN ist elastisch und transparent und eignet sich in besonders vorteilhafter Weise zur Fabrikation integrierter Schaltungen auf Basis des erfindungsgemäßen Feldeffekttransistors.The substrate of the field effect transistor according to the invention is not subject to any specific limitation. It can be both a solid Substrate selected made of semiconductor materials, in particular silicon, or glass, as also a flexible plastic film, especially based on PET or PEN, his. PEN is elastic and transparent and is particularly suitable advantageously for the manufacture of integrated circuits Basis of the field effect transistor according to the invention.

Im Rahmen eines Verfahrens zum Nachweis biochemischer (Bindungs)Reaktionen unter Verwendung des erfindungsgemäßen Feldeffekttransistors erfolgt die eigentliche Nachweisreaktion der zu analysierenden Zielmoleküle innerhalb der „aktiven" organischen Halbleiterschicht des Feldeffekttransistors. Die Fängermoleküle, wie z.B. Oligonukleotide, welche als „Sonden" direkt an bzw. mit der „aktiven" organischen Halbleiterschicht des erfindungsgemäßen Feldeffekttransistors gekoppelt sind, d.h. die zum einen in die Schicht des organischen Halbleiters eingebracht sein können oder in direktem Kontakt mit dieser stehen, binden beispielsweise selektiv an den oder die zu detektierenden, komplementären Nukleinsäuremoleküle (Hybridisierung). Das Hybridisierungsereignis ist dann das zu detektierende Ereignis.In the context of a method for the detection of biochemical (binding) reactions using the field effect transistor according to the invention, the actual detection reaction of the target molecules to be analyzed takes place within the "active" organic semiconductor layer of the field effect transistor. The capture molecules, such as oligonucleotides, which act as "probes" directly on or are coupled to the “active” organic semiconductor layer of the field effect transistor according to the invention, that is, on the one hand into the layer of the organic semiconductor can be introduced or are in direct contact with it, for example selectively bind to the complementary nucleic acid molecules to be detected (hybridization). The hybridization event is then the event to be detected.

Die (Bindungs)Reaktionen der als Sonden fungierenden Fängermoleküle mit den Zielmolekülen des zu untersuchenden Analyten finden somit quasi innerhalb der „aktiven" organischen Halbleiterschicht (innerhalb des halbleitenden Kanals) des erfindungsgemäßen Feldeffekttransistors statt und haben deshalb eine direkte Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit bzw. Impedanz in der aktiven organischen Halbleiterschicht des erfindungsgemäßen Feldeffekttransistors zur Folge.The (binding) reactions of the as Probe molecules acting with the Target molecules of the Analytes to be examined are thus found virtually within the "active" organic semiconductor layer (within of the semiconducting channel) of the field effect transistor according to the invention instead and therefore have a direct change in electrical conductivity or impedance in the active organic semiconductor layer of the field effect transistor according to the invention result.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft somit die Verwendung des erfindungsgemäßen Feldeffekttransistors in Verfahren zum Nachweis biochemischer Reaktionen und/oder Bindungen sowie hierfür insbesondere zur Untersuchung von enzymatischen Reaktionen, Nukleinsäure-Hybridisierungen, Protein-Protein-Wechselwirkungen und Protein-Liganden-Wechselwirkungen.Another object of the present invention thus relates to the use of the field effect transistor according to the invention in Methods for the detection of biochemical reactions and / or bonds as well as for this especially for the investigation of enzymatic reactions, nucleic acid hybridizations, Protein-protein interactions and protein-ligand interactions.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Nachweis chemischer bzw. biochemischer Reaktionen und/oder Bindungen die Schritte:According to another aspect of Invention includes a method for the detection of chemical or biochemical reactions and / or ties the steps:

  • (a) Bereitstellen mindestens eines erfindungsgemäßen Feldeffekttransistors;(a) providing at least one field effect transistor according to the invention;
  • (b) Inkontaktbringen eines zu untersuchenden Analyten mit dem mindestens einen Feldeffekttransistor;(b) bringing an analyte to be examined into contact with the at least one field effect transistor;
  • (c) Messen der Veränderung mindestens einer elektrischen Kenngröße des Feldeffekttransistors in Abhängigkeit von dem Ereignis einer (Bindungs)Reaktion der im Analyten enthaltenen Zielmoleküle mit den auf dem Feldeffekttransistor angeordneten Fängermolekülen.(c) Measure the change at least one electrical parameter of the field effect transistor in dependence of the event of a (binding) reaction of those contained in the analyte targets with the capture molecules arranged on the field effect transistor.

Die in Schritt (c) gemessenen elektrischen Kenngrößen des Feldeffekttransistors können dabei die elektrische Leitfähigkeit oder der elektrische Widerstand des Kanalbereichs, die Ladungsträgerdichte des Kanalbereichs (70) und/oder die Kapazität zwischen der Gateelektrode (50) und dem Kanalbereich (70) sein.The electrical parameters of the field effect transistor measured in step (c) can be the electrical conductivity or the electrical resistance of the channel region, the charge carrier density of the channel region ( 70 ) and / or the capacitance between the gate electrode ( 50 ) and the channel area ( 70 ) his.

In Schritt (a) können beispielsweise eine Vielzahl von erfindungsgemäßer Feldeffekttransistoren in einem Array angeordnet werden. Für derartige Array-Anordnungen eignet sich insbesondere eine flexible transparente PEN-Folie als Substratmaterial. Dabei können auf Basis der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Stand der Technik verfügbare Mikrotechnologien parallelisiert werden.In step (a), for example, a large number of field effect transistors according to the invention be arranged in an array. For such array arrangements a flexible transparent PEN film is particularly suitable as Substrate material. You can based on the device according to the invention available in the prior art Microtechnologies are parallelized.

Der Einsatz des erfindungsgemäßen Feldeffekttransistors in solchen Analyseverfahren bietet folgende Vorteile:
- es ist ein direktes elektrisches Auslesen ohne vorherige Labelling-Reaktion möglich,
- bei Verwendung von Kunststofffolien wie z.B. PEN-Folien als Substrat ist das erfindungsgemäße Feldeffekttransistorsystem mechanisch verformbar,
- hohe Sensitivität, gegebenenfalls eine Quantifizierung der Bindungsereignisse möglich, bestenfalls sogar auch ohne Amplifizierung der Signale,
- Analyseverfahren können sowohl im Batch-Verfahren als auch im online-Screening durchgeführt werden.
The use of the field effect transistor according to the invention in such analysis methods offers the following advantages:
direct electrical reading is possible without a previous labeling reaction,
the field effect transistor system according to the invention is mechanically deformable when using plastic foils such as PEN foils,
high sensitivity, possibly a quantification of the binding events, at best even without amplification of the signals,
- Analysis methods can be carried out both in a batch process and in online screening.

Der besondere Vorteil eines Analyseverfahrens unter Verwendung des erfindungsgemäßen Feldeffekttransistors liegt im direkten Nachweis der in einem zu untersuchenden Analyten vorliegenden Zielmoleküle durch die Veränderung elektrischer Kenngrößen wie elektrische Kanalleitfähigkeit bzw. – widerstand oder Gate-Kanalkapazität. Das bedeutet, daß eine Markierungsreaktion (Labelling) der im Analyten zu untersuchenden Zielmoleküle nicht notwendig ist.The particular advantage of an analysis procedure using the field effect transistor according to the invention in the direct detection of the target molecules present in an analyte to be examined the change electrical parameters such as electrical channel conductivity or - resistance or gate channel capacity. That means a labeling reaction (Labeling) of the target molecules to be examined in the analyte is not necessary is.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft beschrieben. Es zeigt:The present invention is described below Reference to the accompanying drawings of preferred embodiments described as an example. It shows:

  • 1 eine schematische Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Feldeffekttransistors; 1 is a schematic cross-sectional view of a preferred embodiment of the field effect transistor according to the invention;
  • 2 eine schematische Darstellung der sensitiven Grenzfläche einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Feldeffekttransistors, wobei die Sensitivität durch DNA-Einzelstränge als Fängermoleküle realisiert wird, die auf einer monomolekularen Silanschicht als Linkermolekülschicht über Amidbindungen kovalent an SiO2 als Trennschicht des Gate-Bereichs fixiert sind, sowie eine schematische Ansicht hinsichtlich der Veränderung des Kanalwiderstandes als zu messendes Ereignis. 2 a schematic representation of the sensitive interface of a preferred embodiment of the field effect transistor according to the invention, the sensitivity being realized by DNA single strands as capture molecules which are covalently fixed on a monomolecular silane layer as a linker molecular layer via amide bonds to SiO 2 as a separating layer of the gate region, and a schematic View regarding the change in channel resistance as an event to be measured.

1 zeigt einen Feldeffekttransistor 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Feldeffekttransistor weist ein Substrat 20 auf, welches beispielsweise Silizium, Glas oder insbesondere auch eine flexible Kunststofffolie, insbesondere auf PET- oder PEN-Basis, sein kann. 1 shows a field effect transistor 10 according to an embodiment of the invention. The field effect transistor has a substrate 20 which can be, for example, silicon, glass or in particular also a flexible plastic film, in particular based on PET or PEN.

Auf dem Substrat sind eine erste Metallelektrode 30 und eine zweite Metallelektrode 40 beispielsweise mittels eines Aufdampfverfahrens oder eines Sputter-Verfahren aufgebracht. Die erste Metallelektrode 30 dient als Drain-Bereich des Feldeffekttransistors 10, während die zweite Metallelektrode 40 als Source-Bereich des Feldeffekttransistors 10 dient. Die erste 30 und zweite 40 Metallelektrode können unabhängig voneinander aus beispielsweise Platin, Palladium, Gold oder Silber hergestellt sein. Alternativ können beliebige metallische Legierungen zum Bilden der ersten und zweiten Metallelektrode verwendet werden.A first metal electrode is on the substrate 30 and a second metal electrode 40 for example applied by means of a vapor deposition process or a sputtering process. The first metal electrode 30 serves as the drain region of the field effect transistor 10 while the second metal electrode 40 as the source region of the field effect transistor 10 serves. The first 30 and second 40 metal electrodes can be made independently of one another from, for example, platinum, palladium, gold or silver. Alternatively, any metallic alloys can be used to form the first and second metal electrodes.

Weiter ist auf dem Substrat eine den Gate-Bereich des Feldeffekttransistors 10 bildende Gate-Elektrode 50 aufgebracht. Auf der Gate-Elektrode 50, die beispielsweise aus Nickel oder den oben für die erste und zweite Metallelektrode genannten Metallen oder Metalllegierungen hergestellt ist, wird üblicherweise ein Gate-Dielektrikum bzw. Trennschicht 60 angeordnet. Der Gate-Bereich wird durch die Trennschicht von dem Drain-Bereich 30, dem Source-Bereich 40 und dem Kanalbereich 70 derart elektrisch getrennt, daß die Ladungsträgerdichte und damit die Leitfähigkeit bzw. die Impedanz des Kanalbereichs 70 über den Gate-Bereich steuerbar ist. Die Trennschicht 60 kann eine elektrisch isolierende Trennschicht und/oder eine Schicht mit einer großen Dielektrizitätskonstante sein. Vorzugsweise ist die Trennschicht 60 aus Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid, insbesondere Siliziumdioxid, gebildet.The gate region of the field effect transistor is also on the substrate 10 forming gate electrode 50 applied. On the gate electrode 50 For example, made of nickel or A gate dielectric or separating layer is usually produced for the metals or metal alloys mentioned above for the first and second metal electrodes 60 arranged. The gate area is separated from the drain area by the separation layer 30 , the source area 40 and the channel area 70 electrically separated such that the charge carrier density and thus the conductivity or the impedance of the channel region 70 is controllable via the gate area. The interface 60 can be an electrically insulating separating layer and / or a layer with a large dielectric constant. The separation layer is preferably 60 made of silicon dioxide or silicon nitride, in particular silicon dioxide.

Zwischen der ersten Metallektrode 30 und der zweiten Metallelektrode 40 ist eine organische Halbleiterschicht 80 angeordnet, die in der Ausführungsform gemäß 1 bereichsweise auch auf der Oberfläche der ersten und zweiten Metallektrode 30, 40 angeordnet ist. Erfindungsgemäß sind Fängermoleküle (nicht gezeigt), wie z.B. Oligonukleotide, direkt an bzw. mit der „aktiven" organischen Halbleiterschicht des erfindungsgemäßen Feldeffekttransistors gekoppelt. Zwischen der organischen Halbleiterschicht 80, welche die Fängermoleküle einschließt, und der Trennschicht 60 ist zur Anbindung der Fängermoleküle eine wie oben beschriebene Linkermolekülschicht 90 angeordnet.Between the first metal electrode 30 and the second metal electrode 40 is an organic semiconductor layer 80 arranged according to the embodiment 1 in some areas also on the surface of the first and second metal electrodes 30 . 40 is arranged. According to the invention, capture molecules (not shown), such as oligonucleotides, are coupled directly to or with the “active” organic semiconductor layer of the field effect transistor according to the invention. Between the organic semiconductor layer 80 , which includes the capture molecules and the separation layer 60 is a linker layer as described above for binding the capture molecules 90 arranged.

2 zeigt eine schematische Darstellung der sensitiven Grenzfläche einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Feldeffekttransistors 10, wobei die Sensitivität durch DNA-Einzelstränge als Fängermoleküle realisiert wird, die auf einer monomolekularen Silanschicht als Linkermolekülschicht über Amidbindungen kovalent an SiO2 als Trennschicht des Gate-Bereichs fixiert sind. Bei Anlagerung von komplementären Basen als den zu untersuchenden Zielmolekülen im Analyten (rechte Darstellung) kommt es zur Veränderung des Kanalwiderstandes der aktiven organischen Halbleiterschicht auf Basis von Pentacen, was direkt als Sensorereignis gemessen werden kann. 2 shows a schematic representation of the sensitive interface of a preferred embodiment of the field effect transistor according to the invention 10 , the sensitivity being realized by DNA single strands as capture molecules, which are covalently fixed on SiO 2 as a separating layer of the gate region on a monomolecular silane layer as a linker molecular layer via amide bonds. When complementary bases are added as the target molecules to be investigated in the analyte (illustration on the right), the channel resistance of the active organic semiconductor layer based on pentacene changes, which can be measured directly as a sensor event.

1010
FeldeffekttransistorField Effect Transistor
2020
Substratsubstratum
3030
erste Metallelektrode (Drain-Bereich)first Metal electrode (drain area)
4040
zweite Metallelektrode (Source-Bereich)second Metal electrode (source area)
5050
Gate-ElektrodeGate electrode
6060
TrennschichtInterface
7070
Kanalbereichchannel area
8080
organische Halbleiterschichtorganic Semiconductor layer
9090
LinkermolekülschichtLinker molecule layer

Claims (12)

Feldeffekttransistor (10), umfassend ein Substrat (20), einen Drain-Bereich (30), einen Source-Bereich (40), einen Kanalbereich (70) sowie einen Gate-Bereich, wobei der Kanalbereich (70) eine Schicht auf Basis eines organischen Halbleitermaterials aufweist und an diese Schicht über physikalische oder chemische Wechselwirkungen Fängermoleküle, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Nukleinsäuren, Proteinen, Enzymen, Peptiden, niedermolekularen organischen Liganden und supramolekularen Systemen, gekoppelt sind.Field effect transistor ( 10 ) comprising a substrate ( 20 ), a drain area ( 30 ), a source area ( 40 ), a channel area ( 70 ) and a gate area, the channel area ( 70 ) has a layer based on an organic semiconductor material and capture molecules, selected from the group consisting of nucleic acids, proteins, enzymes, peptides, low molecular weight organic ligands and supramolecular systems, are coupled to this layer via physical or chemical interactions. Feldeffekttransistor nach Anspruch 1, wobei das organische Halbleitermaterial aus (i) konjugierten polymeren Kohlenwasserstoffen, umfassend Polyacetylen, Polyphenylen, Poly(phenylenvinylen) und deren Derivate, einschließlich Oligomeren dieser konjugierten polymeren Kohlenwasserstoffe, (ii) konjugierten heterocyclischen Aromaten, umfassend Polyanilin, Polypyrrol, Polythiophen, Polyfuran und Poly(thiophenvinylen), einschließlich Oligomeren davon, oder (iii) aus ortho- bzw. ortho- und peri-annellierten polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen mit 4 bis 20 annellierten Ringen ausgewählt ist.A field effect transistor according to claim 1, wherein the organic semiconductor material out  (i) conjugated polymeric hydrocarbons comprising Polyacetylene, polyphenylene, poly (phenylene vinylene) and their derivatives, including Oligomers of these conjugated polymeric hydrocarbons,  (Ii) conjugated heterocyclic aromatics, including polyaniline, polypyrrole, Polythiophene, polyfuran and poly (thiophene vinylene), including oligomers of it, or  (iii) from ortho- or ortho- and peri-annellated polycyclic aromatic hydrocarbons with 4 to 20 fused Wrestling selected is. Feldeffekttransistor nach Anspruch 2, wobei das organische Halbleitermaterial aus konjugierten Oligomeren mit wiederkehrenden Einheiten von Pyrrol oder Thiophen, insbesondere α-Sexithiophen, oder deren Derivaten, oder aus ortho- bzw. ortho- und peri-annellierten polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen mit 4 bis 20 annellierten Ringen ausgewählt ist.A field effect transistor according to claim 2, wherein the organic semiconductor material from conjugated oligomers with repeating units of pyrrole or thiophene, especially α-sexithiophene, or their derivatives, or from ortho- or ortho- and peri-annellated polycyclic aromatic hydrocarbons with 4 to 20 fused Wrestling selected is. Feldeffekttransistor nach Anspruch 3, wobei die orthobzw. ortho- und peri-annellierten polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffe aus Quaterphenyl, Tetracen, Pentacen, Chrysen, Pyren, Perylen und Coronen sowie Derivate davon, insbesondere Pentacen, ausgewählt sind.Field effect transistor according to claim 3, wherein the orthobzw. ortho- and peri-fused polycyclic aromatic hydrocarbons from quaterphenyl, tetracene, pentacene, chrysene, pyrene, perylene and Corones and derivatives thereof, in particular pentacene, are selected. Feldeffekttransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Gate-Bereich eine Gate-Elektrode (50) und eine Trennschicht (60) umfasst, so daß der Gate-Bereich von dem Drain-Bereich (30), dem Source-Bereich (40) und dem Kanalbereich (70) derart elektrisch isoliert ist, daß die elektrische Leitfähigkeit des Kanalbereichs (70) über die elektrische Potentialdifferenz zwischen der Gate-Elektrode (50) und dem Kanalbereich (70) steuerbar ist.Field effect transistor according to one of claims 1 to 4, wherein the gate region is a gate electrode ( 50 ) and a separation layer ( 60 ), so that the gate area from the drain area ( 30 ), the source area ( 40 ) and the channel area ( 70 ) is electrically insulated in such a way that the electrical conductivity of the channel area ( 70 ) about the electrical potential difference between the gate electrode ( 50 ) and the channel area ( 70 ) is controllable. Feldeffekttransistor nach Anspruch 5, wobei die Trennschicht (60) eine elektrisch isolierende Trennschicht und/oder eine Schicht mit einer großen Dielektrizitätskonstante, vorzugsweise aus Siliziumdioxid, ist.Field effect transistor according to claim 5, wherein the separating layer ( 60 ) is an electrically insulating separation layer and / or a layer with a large dielectric constant, preferably made of silicon dioxide. Feldeffekttransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Substrat ein festes Substrat, ausgewählt aus Halbleitermaterialien, insbesondere Silizium, oder Glas, oder eine flexible Kunststofffolie, insbesondere auf PEToder PEN-Basis, ist.Field effect transistor according to one of the claims 1 to 6, the substrate being a solid substrate selected from semiconductor materials, in particular silicon or glass, or a flexible plastic film, in particular based on PET or PEN. Feldeffekttransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Fängermoleküle Oligonukleotide sind.Field effect transistor according to one of claims 1 to 7, wherein the capture molecules are oligonucleotides. Feldeffekttransistor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei zwischen der organischen Halbleiterschicht und dem Gate-Bereich eine Linkermolekülschicht (90) angeordnet ist, an welche über kovalente Bindungen die Fängermoleküle gebunden sind.Field effect transistor according to one of claims 6 to 8, wherein between the organic semiconductor layer and the gate region, a linker molecular layer ( 90 ) is arranged, to which the capture molecules are bound via covalent bonds. Verwendung des Feldeffekttransistors nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in Verfahren zum Nachweis biochemischer Reaktionen und/oder Bindungen sowie hierfür insbesondere zur Untersuchung von enzymatischen Reaktionen, Nukleinsäure-Hybridisierungen, Protein-Protein-Wechselwirkungen und Protein-Liganden-Wechselwirkungen.Use of the field effect transistor according to one of claims 1 to 9 in methods for the detection of biochemical reactions and / or bonds as well therefor especially for the investigation of enzymatic reactions, nucleic acid hybridizations, Protein-protein interactions and protein-ligand interactions. Verfahren zum Nachweis chemischer bzw. biochemischer Reaktionen und/oder Bindungen, umfassend die Schritte: (a) Bereitstellen mindestens eines Feldeffekttransistors (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9; (b) Inkontaktbringen eines zu untersuchenden Analyten mit dem mindestens einen Feldeffekttransistor (10); (c) Messen der Veränderung mindestens einer elektrischen Kenngröße des Feldeffekttransistors in Abhängigkeit von dem Ereignis einer (Bindungs-)Reaktion der im Analyten enthaltenen Zielmoleküle mit den auf dem Feldeffekttransistor (10) angeordneten Fängermolekülen.Method for the detection of chemical or biochemical reactions and / or bonds, comprising the steps: (a) providing at least one field effect transistor ( 10 ) according to one of claims 1 to 9; (b) bringing an analyte to be examined into contact with the at least one field effect transistor ( 10 ); (c) measuring the change in at least one electrical parameter of the field effect transistor as a function of the event of a (binding) reaction of the target molecules contained in the analyte with those on the field effect transistor ( 10 ) arranged capture molecules. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die in Schritt (c) gemessene elektrische Kenngröße des Feldeffekttransistors (10) die elektrische Leitfähigkeit oder der elektrische Widerstand des Kanalbereichs (70), die Ladungsträgerdichte des Kanalbereichs (70) und/oder die Kapazität zwischen der Gateelektrode (50) und dem Kanalbereich (70) ist.The method of claim 11, wherein the electrical characteristic of the field effect transistor (measured in step (c) 10 ) the electrical conductivity or the electrical resistance of the channel region ( 70 ), the charge carrier density of the channel area ( 70 ) and / or the capacitance between the gate electrode ( 50 ) and the channel area ( 70 ) is.
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