组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
场效应晶体管(FET)生物传感器
检测对象
互补目标寡核苷酸（complementary target oligonucleotide，乳腺癌DNA序列）；样品基质：去离子水（DI water）溶液，电测在干燥空气环境。
检测原理
巯基化探针寡核苷酸通过Au-S键固定在金纳米颗粒上，互补目标DNA杂交后，DNA磷酸骨架的负电荷靠近p型SiNW表面。这些负电荷作为界面电荷在SiNW表面诱导空穴积累，提高空穴电流密度，使源漏漏极电流增大。金纳米颗粒增大有效表面积并提高探针固定效率，从而增强信号。检测无需荧光或酶标记，也不依赖PCR等序列放大；模拟表明降低SiNW掺杂浓度可增强负电荷对电流的调制，提高灵敏度。
检测灵敏度
原文未报告明确 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数；仅报告可检测 1 pM 互补目标 DNA，0.1 μM 时电流增加 100 倍。
效应效果
该传感器对互补目标DNA具有明显响应，非互补对照未观察到显著电流变化；70 °C、8 min热恢复处理后电流回到探针固定后水平，说明信号来自特异性杂交。1 pM目标DNA杂交后漏极电流为探针固定后的3倍，0.1 μM时电流增加100倍；在5 V下探针固定使电流增加5 nA，1 pM杂交再增加8.5 nA，目标杂交引起的电导变化约为探针固定的4倍。每个浓度测量20个器件，但未报告RSD。作者认为其LOD与已报道1 pM结果相当，且金纳米颗粒生物相容、巯基固定简单，结合半导体工艺可扩展、可片上集成，适合体外无标记DNA检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：SOI（silicon-on-insulator）基底，顶硅110 nm、初始掺杂1×10^15 cm^-3，经热氧化和湿法减薄至80 nm，形成p型SiNW；两端100 μm×100 μm焊盘作为源/漏电极。
- 纳米线换能层：硅纳米线（SiNW），宽/高约80 nm再氧化湿法刻蚀至50 nm，长500 nm，作为导电沟道，表面电荷变化调制源漏电流。
- 金纳米颗粒修饰层：4 nm Au湿层经RF溅射沉积，500 °C退火团聚形成金纳米颗粒（GN/AuNP），密度约7×10^11 cm^-2，增大有效表面积并提供Au-S固定位点。
- 识别元件：巯基化探针寡核苷酸（thiolated probe oligonucleotide，23-mer，10 μM），通过Au-S键固定在GN上，识别互补目标DNA。
- 封闭/共吸附层：巯基己醇（mercaptohexanol，100 μM，30 min），置换未通过巯基吸附的探针并扶正倒伏探针，降低非特异结合。
- 信号读出：半导体参数分析仪（Agilent HP4156C）与探针台，在干燥空气环境中测量源漏I–V特性，漏极电压0–5 V，以漏极电流变化作为检测信号。
中文摘要
本文提出金纳米颗粒（GN）嵌入硅纳米线（SiNW）结构，作为新型无标记DNA生物传感器以提高灵敏度。通过测量源极和漏极两终端之间的电流，感知探针寡核苷酸的固定及其与目标寡核苷酸的杂交。互补目标寡核苷酸，即乳腺癌DNA，在1 pM浓度下被检测到。此外，通过模拟研究了其传感机制和检出限（LOD）提升。结果表明，降低SiNW掺杂浓度可改善LOD。该新兴结构结合球形GN和SiNW纳米结构，由于制备工艺简单、热稳定性高、利用巯基自组装单分子层（SAM）固定效率高以及灵敏度提升，作为无标记生物传感器具有较高潜力。
英文摘要
Gold nanoparticle (GN) embedded silicon nanowire (SiNW) configuration was proposed as a new biosensor for label-free DNA detection to enhance the sensitivity. The electric current flow between two terminals, a source and a drain electrode, were measured to sense the immobilization of probe oligonucleotides and their hybridization with target oligonucleotides. The complementary target oligonucleotide, breast cancer DNA with 1 pM, was sensed. In addition, its sensing mechanism and limit of detection (LOD) enhancement was investigated through simulation. The results support that the LOD can be improved by reducing the SiNW doping concentration. This emerging architecture combined nanostructure of spherical GN and SiNW has high potential as a label-free biosensor due to its facile fabrication process, high thermal stability, immobilization efficiency with a thiol-group in a self-assembled monolayer (SAM), and improved sensitivity.