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
凝血酶（thrombin），样品基质：磷酸盐缓冲液（PB，pH 5.6）
检测原理
凝血酶适配体共价固定于 SWNT-COOH 悬空膜表面，作为识别元件特异性捕获凝血酶。在 pH 5.6 磷酸盐缓冲液中，凝血酶带正电荷，结合后对 p 型 SWNT 通道产生静电门控，使源漏电流下降；同时 SWNT 与 Cr/Au 电极间的 Schottky 势垒被调制，局部功函数降低，从而获得数秒内的快速响应。悬空 SWNT 膜提供双侧结合面积并增强扩散/对流，提高信号。无标记检测中，电流变化随凝血酶浓度阶梯式增加，70 pM–70 nM 范围内呈对数线性，实现实时电学读出。
检测灵敏度
LOD: ca. 7 pM；线性范围: 70 pM–70 nM（log–log 线性，n = 4）；噪声标准差: ca. 0.059；7 pM 信号: ca. 0.24（约为噪声 4 倍）
效应效果
非特异对照中，未固定适配体的 SWNT-COOH 膜对 70 pM 凝血酶和 VEGF 均产生有意义电流变化，响应时间小于 10 s；经 Tween 20 封闭后，VEGF 加入无电流变化，而凝血酶引起阶梯式电流下降，证明选择性。传感器响应时间为数秒，快于基底上单管传感器报道的数十秒至数分钟；检测限约 7 pM，低于单 SWNT 传感器约 10 nM。电流变化与浓度成比例，70 pM–70 nM 对数线性（n=4），噪声标准差约 0.059，7 pM 信号约 0.24，为噪声 4 倍。作者认为该可寻址 SWNT 膜 FET 适配体传感器可用于生物标志物诊断。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：Si 晶圆、1 μm SiN 绝缘层、Cr/Au 20/200 nm 悬臂电极阵列与 SU-8 钝化层，提供 FET 源漏/栅极与悬空通道
- 纳米材料修饰层：SWNT-COOH 悬空膜，经介电电泳和水面张力在电极间对齐，形成 p 型半导体通道并增大结合面积
- 识别元件：凝血酶 DNA 适配体 5′-NH2-d(GGTTGGTGTGGTTGG)-3′，经 EDC/sulfo-NHS 酰胺键共价固定于 SWNT-COOH，特异性结合凝血酶
- 封闭剂：Tween 20 涂覆未占据位点，减少非特异性结合
- 信号标记物：无外源标记，利用凝血酶正电荷静电门控与 SWNT/电极 Schottky 势垒调制产生电流变化
- 读出层：缓冲液/参考电极与 HP 4156A 半导体参数分析仪，在 10 mV 源漏偏压下监测电流/电导
中文摘要
本文报道了一种基于介电电泳对齐单壁碳纳米管（SWNT）悬空膜的场效应晶体管（FET）适配体传感器。通过微机电系统工艺在硅晶圆上制备氮化硅（SiN）绝缘层和铬/金（Cr/Au）悬臂电极阵列，并利用介电电泳与水面张力将羧基化 SWNT（SWNT-COOH）膜精确沉积于电极之间，形成可寻址、大结合面积的悬空通道。凝血酶 DNA 适配体经 EDC/sulfo-NHS 酰胺键共价固定于 SWNT-COOH 膜，并用 Tween 20 封闭非特异位点。该传感器在 pH 5.6 磷酸盐缓冲液中呈 p 型特性，可实时、无标记、电学检测凝血酶。凝血酶结合引起源漏电流阶梯式下降，响应时间为数秒，检测浓度低至约 7 pM，且信号在 70 pM–70 nM 范围内随浓度呈对数线性变化。
英文摘要
Aptamer functionalized addressable SWNT-film arrays between cantilever electrodes were successfully developed for biosensor applications. Dielectrophoretically aligned SWNT suspended films made possible highly specific and rapid detection of target proteins with a large binding surface area. Thrombin aptamer immobilized SWNT-film FET biosensor resulted in a real-time, label-free, and electrical detection of thrombin molecules down to a concentration of ca. 7 pM with a step-wise rapid response time of several seconds.