组成图示
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传感器类型
化学发光生物传感器
检测对象
链霉亲和素（streptavidin，模型蛋白）；样品基质：PBS 缓冲液（10 mM，pH 7.4）
检测原理
传感器表面先经 APTES 和 NHS-Biotin 修饰，形成生物素捕获层。样品中的链霉亲和素（streptavidin）通过生物素-链霉亲和素高亲和作用与表面结合，同时携带偶联的辣根过氧化物酶（HRP）。加入鲁米诺（luminol）和过氧化氢（H2O2）后，HRP 催化底物生成激发态 3-氨基邻苯二甲酸，其退激发射约 450 nm 蓝光。该光被 90 nm SiO2 钝化层下方的 MSM 叉指光电探测器吸收，在 0.4 V 偏压下于金属-半导体 Schottky 结产生电子-空穴对并形成光电流。分析信号定义为发光峰电流与背景暗电流之差；链霉亲和素浓度越高，表面 HRP 越多，发光峰电流越大，在 5–100 nM 内呈线性。
检测灵敏度
LOD: 4.76 nM；线性范围: 5–100 nM；相关系数: 0.9999；灵敏度斜率: 0.0982 nA/nM
效应效果
器件在 0.4 V、1.46 mW/cm2 光照下信噪比约 3600。各修饰步骤平均暗电流为 0.43、0.45、0.44 和 0.44 nA，表明 90 nm SiO2 钝化层能有效屏蔽液相并维持稳定。空白信号平均 0.45 nA，标准差 0.03 nA，RSD 约 6.7%。5、10、20 和 100 nM 链霉亲和素对应分析信号为 0.18、0.59、1.53 和 9.45 nA。90 nm 钝化层比此前 CMOS 传感器的 5 μm 薄约 1/56，光响应信号至少提高三个数量级，LOD 4.76 nM 优于先前 CMOS 生物传感器。系统样品量约 100 µL，可实时、快速、低成本检测，适用于临床诊断、食品质控和环境监测；文中未报告选择性或实际样品回收率。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：N型单晶硅(100)晶圆（N-type Si，2–7 Ω cm），作为 MSM 光电探测器半导体基底
- 叉指金属电极：10 nm Cr/20 nm Au 叉指线（线宽250 nm、间距278 nm、83条），收集光生载流子
- 钝化隔离层：90 nm SiO2（PECVD），隔离液相与金属线，降低暗电流并保护器件
- 微型反应腔：PDMS（Sylgard 184）腔体（内径5 mm、高1 cm，约100 µL），容纳样品与底物
- 表面修饰层：APTES（3-aminopropyltriethoxysilane）自组装于 SiO2，提供氨基反应位点
- 捕获元件：NHS-Biotin（(1)-biotin N-hydroxysuccinimide ester）与 APTES 氨基反应，经生物素-链霉亲和素结合捕获 streptavidin-HRP
- 识别-信号偶联物：streptavidin-HRP（链霉亲和素-辣根过氧化物酶），streptavidin 为被测模型蛋白，HRP 为信号酶
- 封闭与底物：BSA 封闭非特异性结合；luminol 与 H2O2 作为 HRP 催化化学发光底物
中文摘要
本文报道了一种基于微型金属-半导体-金属（MSM）光电探测器的化学发光生物传感器，用于实时检测生物分子。该传感器采用半导体制造工艺，在100 μm×100 μm活性区制备了83条250 nm金属线、278 nm间距的叉指结构，并以90 nm二氧化硅钝化层隔离液相。器件在0.4 V偏压下工作，在1.46 mW/cm2光照下信噪比达3600。检测中，链霉亲和素（streptavidin）先与辣根过氧化物酶（HRP）偶联，再经生物素-链霉亲和素高亲和作用固定于传感器表面；加入鲁米诺和过氧化氢后，HRP催化产生450 nm蓝光，MSM光电探测器将光信号转换为光电流。该传感器对链霉亲和素的检出限为4.76 nM，线性范围为5–100 nM，相关系数0.9999，具有响应快、样品量小、成本低和实时定量能力，可用于临床诊断、食品质控和环境监测。
英文摘要
A miniaturized metal semiconductor metal photodetector was developed as the core detector for chemiluminescence biosensor. The biosensor utilized the semiconductor manufacturing to fabricate the 83 interdigitated patterns of 250-nm metal line and 278-nm space in 100 microm x 100 microm active region. The established real-time detector was operated at 0.4 V to ensure the maximal signal to background ratio of 3600 under illumination intensity of 1.46 mW/cm(2). A chemiluminescence in the miniaturized chamber was successfully proposed to determine the model protein concentration in real-time analysis. Before the emission of light from the catalytic reaction of substrate, the model protein of streptavidin bound to horseradish peroxidase was successfully immobilized onto the sensor surface through the high-affinity conjugate with biotin. The detection limit of 4.76 nM for streptavidin analysis was obtained under the calibration curve of linear range over 5-100 nM with correlation coefficient of 0.9999.