组成图示
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传感器类型
其他（EIS生物传感器）
检测对象
尿素（urea），样品基质为 PBS 缓冲液中的尿素溶液（作者称可用于血液尿素临床检测）
检测原理
尿素扩散进入脲酶/海藻酸钠膜后，被脲酶催化水解：NH2CONH2 + 3H2O → 2NH4+ + OH− + HCO3−，使传感膜附近 pH 升高。PrYxOy 高介电膜表面存在羟基位点，H+/OH− 与表面羟基发生质子化/去质子化，改变表面电荷与平带电压。EIS 结构因此呈现电容-电压（C–V）曲线移动，归一化电容为 0.5 时的参考电压随 pH 变化。pH 传感器灵敏度为 59.07 mV/pH；在 1–16 mM 尿素范围内，酶反应产生的 pH 变化被转换为参考电压线性变化，灵敏度为 9.59 mV/mM。该体系无外源标记，依靠酶催化放大局部 pH 信号。
检测灵敏度
线性范围: 1–16 mM（urea）；pH 2–12；灵敏度: 9.59 mV mM−1（urea）、59.07 mV pH−1（pH）；R^2 = 0.99（urea）
效应效果
800 °C 退火 PrYxOy EIS 器件在 pH 2–12 内灵敏度为 59.07 mV/pH，pH 7→4→7→10→7 循环滞后电压 2.4 mV，pH 7 缓冲液中 12 h 漂移率 0.62 mV/h。对 Na+ 和 K+ 的选择性系数分别为 −5.34 和 −5.17，表明对 H+ 高度选择性。与 Si3N4、Al2O3、Ta2O5、WO3、HfO2、Y2O3、Pr2O3 和 PrTiO3 等膜相比，其 pH 灵敏度最高，滞后和漂移总体处于较优水平。酶促尿素传感器在 1–16 mM 范围内线性良好，R^2=0.99，灵敏度 9.59 mV/mM，作者认为可满足一般血液尿素临床检测；酶膜可逆附着，便于更换实现一次性使用。文中未报告 RSD、实际样品回收率或与 ELISA/HPLC/qPCR 的直接对比。
传感器的构成
- 基底/换能器：p型 Si(100) 晶圆（5–10 Ω cm），背面 400 nm Al 接触，作为半导体电容换能器。
- 界面层：PrSixOy 硅酸盐薄层，位于 PrYxOy/Si 界面，由 Si 扩散形成，影响界面态与传感特性。
- 绝缘传感膜：约 21 nm PrYxOy 高介电膜，由 Pr/Y 靶在 Ar/O2 中反应共溅射并 800 °C O2 中 RTA 30 s，提供 pH 敏感表面。
- 识别元件：脲酶（urease，Jack Bean，约 100 U mg−1）包埋于海藻酸钠（alginate）水凝胶膜，催化尿素水解。
- 固定化基质：海藻酸钠/CaCl2 交联水凝胶（1.5% w/v alginate，102 mM CaCl2），固定脲酶并可更换。
- 参比电极：Ag/AgCl 参比电极，用于 C–V 测量和电位读出。
- 封装/电路：SU-8 光刻胶/环氧抗酸层定义传感区，Ag 凝胶连接 Cu 印刷电路板，环氧封装。
中文摘要
本文报道了通过反应共溅射在硅基底上制备高介电常数 PrYxOy 传感膜，并用于电解质-绝缘体-半导体（EIS）pH 传感器和尿素生物传感器。采用二次离子质谱（SIMS）和原子力显微镜（AFM）分析不同退火温度下薄膜的成分与表面形貌。800 °C 退火的 PrYxOy 膜 EIS 器件在 pH 2–12 范围内表现出 59.07 mV/pH 的高灵敏度，在 pH 7→4→7→10→7 循环中滞后电压仅 2.4 mV，在 pH 7 缓冲液中漂移率为 0.62 mV/h，并对 H+ 具有较高选择性。作者将该改善归因于晶格缺陷较少和表面粗糙度较大。进一步将脲酶包埋于海藻酸钠水凝胶膜并固定于 PrYxOy 膜表面，构建酶促 EIS 尿素生物传感器，在 1–16 mM 尿素范围内实现电位法检测，灵敏度为 9.59 mV/mM，线性相关系数 R^2=0.99，可满足一般血液尿素临床检测需求。
英文摘要
In this paper, we describe the structural and sensing properties of high-k PrY(x)O(y) sensing films deposited on Si substrates through reactive co-sputtering. Secondary ion mass spectrometry and atomic force microscopy were employed to analyze the compositional and morphological features of these films after annealing at various temperatures. The electrolyte-insulator-semiconductor (EIS) device incorporating a PrY(x)O(y) sensing membrane that had been annealed at 800 degrees C exhibited good sensing characteristics, including a high sensitivity (59.07 mV pH(-1) in solutions from pH 2 to 12), a low hysteresis voltage (2.4 mV in the pH loop 7-->4-->7-->10-->7), and a small drift rate (0.62 mV h(-1) in the buffer solution at pH 7). The PrY(x)O(y) EIS device also showed a high selective response towards H(+). This improvement can be attributed to the small number of crystal defects and the large surface roughness. In addition, the enzymatic EIS-based urea biosensor incorporating a high-k PrY(x)O(y) sensing film annealed at 800 degrees C allowed the potentiometric analysis of urea, at concentrations ranging from 1 to 16 mM, with a sensitivity of 9.59 mV mM(-1).