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
单链DNA（ssDNA，PBS 缓冲液）、基质金属蛋白酶-9（MMP-9，缓冲液样品；具体基质未详述）
检测原理
传感器以 Au 顶栅为识别界面，固定巯基探针 ssDNA 或抗 MMP-9 抗体。目标 ssDNA 杂交或 MMP-9 结合后，Au 表面有效功函数、界面电荷与质量/折射率发生变化。对电学通道而言，Au/SWNT 肖特基势垒和 CNT 体相能带弯曲被调制，源漏电流 ISD 下降；目标浓度越高，归一化电导 G/G0 下降越大，并与目标 ssDNA 对数浓度呈线性关系。对光学通道而言，Au/石英界面质量增加使 SPR 反射谷角度位移，探针固定约 0.12°，1 µM 目标杂交再移约 0.10°，非互补序列不引起位移。该设计无酶或核酸扩增，放大主要来自 MESFET 较大液门电容和肖特基势垒调制，SPR 同时提供器件无关校准。
检测灵敏度
原文未报告 LOD、线性范围、分析灵敏度斜率及 R^2；仅报告 G/G0 与目标 ssDNA 对数浓度呈线性关系，CNT-MESFET 斜率较 CNT-FET 更陡。另报告液门亚阈值摆幅 S ≈0.1 V/decade（CNT-MESFET）、≈0.23 V/decade（CNT-FET）。
效应效果
该传感器可实时监测 DNA 杂交与 MMP-9 结合。选择性方面，单碱基错配 ssDNA 不引起 ISD 下降，信号基本恢复或略增；非互补 ssDNA 不改变 SPR 角，可区分互补与错配/非互补序列。重现性方面，SPR 角移不依赖器件，两个不同 CNT-MESFET 在 1 µM 目标 ssDNA 杂交后 SPR 角均移约 0.10°，探针固定引起 0.12° 角移；电导存在传感器间截距差异，可用 SPR 校准。与 CNT-FET 相比，CNT-MESFET 的 G/G0–log 浓度曲线更陡，液门亚阈值摆幅约 0.1 与 0.23 V/decade，灵敏度更高。未报告实际样品回收率、长期稳定性及与 ELISA/qPCR 的对比。
传感器的构成
- 石英基底：透明石英（quartz）基底，支撑器件并允许 SPR 光路透过
- 碳纳米管沟道：单壁碳纳米管（SWNTs），热 CVD 生长，作为 FET 导电沟道
- 源漏电极：Au/Cr 或 Cr/Pd 电极，与 SWNT 形成欧姆接触，用于测量源漏电流 ISD
- 顶栅/SPR 金属膜：Au 顶栅（部分器件含 Cr 粘附层），与 SWNT 形成肖特基接触，充当顶栅并提供 SPR 界面
- 识别元件：巯基修饰 30-mer 探针 ssDNA（5′-SH-AAGTCAGTTATACGCGTCTAGTACCGTTTG-3′），经 Au–S 键固定于 Au 顶栅；MMP-9 实验使用抗 MMP-9 抗体
- 微流控液路：PDMS 微流控通道或 PDMS 储液池，引入 PBS（pH 7.4）及样品；Ag/AgCl 参比电极作为液门
中文摘要
本文报道了一种基于碳纳米管（CNT）的双模生物传感器，其结构为金属半导体场效应晶体管（CNT-MESFET），制备于石英透明基底上。单壁碳纳米管（SWNT）作为沟道，中部沉积金（Au）条带形成肖特基接触，Au 条带同时充当顶栅和表面等离子共振（SPR）金属膜。Au 顶栅表面通过 Au–S 键固定巯基修饰的探针单链 DNA（ssDNA），也可固定抗 MMP-9 抗体。当目标 ssDNA 与探针杂交或 MMP-9 与抗体结合时，Au 界面电荷、有效功函数和质量/折射率发生变化，导致 CNT 源漏电导下降，同时 Au/石英界面 SPR 反射谷发生角度位移。电导测量提供高灵敏度，SPR 测量提供与器件无关的可重复性，二者互补可用于校准传感器间差异。实验在 PBS 缓冲液中实时监测 DNA 杂交，并区分互补与单碱基错配序列。
英文摘要
We have developed carbon nanotube-based dual-mode biosensors with a metal semiconductor field effect transistor structure on a quartz substrate. DNA hybridization occurring on the Au top gate can be detected by simultaneously measuring the change in the electrical conductance and the surface plasmon resonance (SPR). Since electrical and SPR measurements offer high sensitivity and reliability, respectively, this dual-mode biosensor is expected to provide both of these features.