组成图示
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传感器类型
场效应晶体管(FET)生物传感器
检测对象
前列腺特异性抗原（prostate specific antigen, PSA）；样品基质：PBS + 0.1% Tween 缓冲液（文中讨论临床相关血清浓度）
检测原理
该传感器采用液门控单壁碳纳米管场效应晶体管（LGFET）构型。对齐SWCNT作为导电通道，Au源漏电极施加10 mV偏压，3 M KCl参比电极作为门极。抗PSA抗体通过PBSE连接固定于SWCNT表面，PEG封闭石英基底以减少非特异性吸附。当PSA与a-PSA特异性结合后，PSA表面正电荷在SWCNT界面形成静电门控，使阈值电压向负方向移动，并在固定负门压下降低漏极电流Id。由于对齐管降低管间接触电阻并提高迁移率，结合事件引起的电导变化被放大，通过连续监测Id随时间变化即可实现PSA的实时电子检测。
检测灵敏度
LOD: ∼30 pM（石英器件）、∼200 pM（Si/SiO2器件）；100 pM PSA 注入时石英器件 Id 变化 ∼12 nA
效应效果
器件对100 nM BSA和多次PBS冲洗无明显响应，表明PEG封闭有效且抗PSA抗体选择性良好。石英器件迁移率约80 cm2/Vs，高于Si/SiO2随机网络器件约30 cm2/Vs；PSA响应至少比Si/SiO2器件高3倍，LOD分别为∼30 pM和∼200 pM。100 pM PSA注入时石英器件Id变化约12 nA，接近临床相关血清PSA浓度（>∼4 ng/mL，>∼150 pM）。n=5平均响应显示合理重现性，但未报告RSD。作者认为该平台与ELISA等基准蛋白检测系统灵敏度相当，但无需昂贵设备、高成本和冗长步骤，可用于实时电子免疫检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：ST-cut石英基底（quartz）作为绝缘支撑与液门控FET基底；100 nm厚Au源漏电极（Au S/D）垂直于SWCNT排列方向，间距175 μm
- 纳米材料修饰层：乙醇CVD/Co催化生长的对齐单壁碳纳米管（SWCNT），管径约1.5–2 nm、约4根/μm，作为导电通道
- 封闭/钝化层：1%聚乙二醇（PEG）/PBS，封闭未被SWCNT覆盖的石英区域，降低非特异性结合
- 连接修饰层：5 mM 1-芘丁酸琥珀酰亚胺酯（PBSE）/PBS，连接SWCNT与抗体
- 识别元件：10 μM抗PSA抗体（a-PSA）/PBS+0.1% Tween，特异性识别PSA
- 门控液池：PDMS储液池与3 M KCl参比电极（FLEXREF），提供液门控电场
- 信号标记物：无外源标记物；PSA表面正电荷通过静电门控直接调制SWCNT电导
中文摘要
本文报道了一种基于石英基底上对齐单壁碳纳米管（SWCNT）的简便高性能生物传感平台。SWCNT通过化学气相沉积（CVD）在石英表面生长，并经场发射扫描电镜和原子力显微镜表征，确认其高度对齐、管径约1.5–2 nm、密度约4根/μm。石英基底无需转移即可直接作为场效应晶体管（FET）生物传感器的支撑基底，采用液门控构型实现生物分子的实时电子检测。以前列腺特异性抗原（PSA）为模型抗原，利用1-芘丁酸琥珀酰亚胺酯（PBSE）将抗PSA抗体固定于SWCNT表面，并用聚乙二醇（PEG）封闭石英非覆盖区域以降低非特异性结合。PSA与固定抗体的特异性结合引起SWCNT电导变化，从而产生可检测的漏极电流响应。该直接免疫检测方案获得亚纳摩尔级灵敏度，石英器件检出限约30 pM，能够响应临床相关浓度范围。
英文摘要
A facile and high performance biosensing platform using aligned carbon nanotubes on quartz substrate is reported in this communication. Single walled carbon nanotubes are grown on quartz substrates by a chemical vapor deposition process and are characterized with field emission scanning electron microscopy and atomic force microscopy in order to verify the quality of the material. The quartz substrate is then directly used as a biosensor in a field effect transistor configuration. In order to demonstrate the sensing capabilities of the fabricated sensor devices, electronic detection of prostate specific antigen, a potential cancer biomarker, is carried out by adopting liquid gated configuration. A conductivity change due to the specific binding of target antigen with the immobilized receptor antibody demonstrates the sensing capabilities of the fabricated device. Sub-nM detection sensitivities have been obtained using the adopted direct immunoassay approach, which shows that the device responds to clinically relevant concentration regimes.