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
禽流感病毒抗体（anti-AI antibody，AI 抗体）；样品基质：PBS 缓冲液（pH 7.4）
检测原理
传感器以 SOI 硅纳米线为导电通道，顶表面通过硅结合蛋白（SBP）锚定禽流感抗原（AIa）。当样品中的抗禽流感抗体（anti-AI）与固定抗原特异性结合后，抗体自身负电荷在纳米线表面形成电场，产生场效应门控，改变通道电势和反型层位置。对副栅 G2 施加弱正偏置时，导电通道被推向远离主栅 G1 的一侧，使表面电荷对阈值电压 VT 的扰动更显著，从而扩大传感窗口并提高灵敏度。最终通过测量漏极电流 ID 和阈值电压偏移 ΔVT，实现无标记、直接电学读出。
检测灵敏度
未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或 R^2；原文报告最高检测浓度：200 ng/mL (1.34 nmol/L) anti-AI。
效应效果
实验比较了三种副栅偏置条件：VG2=-2.0 V（低于双栅阈值）、浮空 G2（接近传统单栅）和 VG2=0.5 V（高于双栅阈值）。结果显示，VG2=0.5 V 时亚阈值斜率、阈值电压和漏极电流变化最大，阈值偏移 ΔVT 最大，灵敏度优于单栅或浮空 G2 条件。生物实验中，固定 SBP-AIa 后引入 anti-AI，其负电荷使 VT 增加、ID 下降，成功检测到 200 ng/mL（1.34 nmol/L）anti-AI。作者还用 APTES 正电荷和 ssDNA 负电荷验证了电荷极性响应。该器件无需标记和额外换能器，并基于成熟 CMOS/FinFET 工艺，有利于单片集成读出电路、降低成本并提高可靠性。
传感器的构成
- 基底/换能器：SOI 硅晶圆（silicon-on-insulator, SOI），顶层硅 100 nm、硼掺杂约 10^15 cm^-3，埋氧 140 nm，构成硅纳米线通道与源漏区域
- 通道结构：硅纳米线（Si NW），宽度 50–110 nm、长度 1 µm，作为电荷敏感导电通道
- 栅介质/表面氧化层：TEOS 氧化硅（TEOS oxide, 30 nm）与顶部热氧化硅（thermal oxide, 3 nm），隔离栅电极并修复表面损伤
- 栅电极：n+ 多晶硅（n+ poly-Si, 110 nm），经 CMP 分成 G1/G2 双栅，独立偏置调控通道电势
- 源漏电极：砷离子注入（As implantation, 30 keV, 5×10^15 cm^-2）形成 n+ 源漏接触
- 识别元件：禽流感抗原（AI antigen, AIa）融合硅结合蛋白（silica-binding protein, SBP），通过 SBP 锚定固定在纳米线顶表面
- 目标结合物：抗禽流感抗体（anti-AI antibody），与固定 AIa 特异性结合，其自身负电荷作为无标记信号源
- 样品介质：磷酸盐缓冲液（PBS, pH 7.4）与去离子水，用于抗原固定、抗体结合及清洗
中文摘要
本文报道了一种用于生物传感的硅纳米线场效应晶体管（FET）器件。该器件采用相互分离的双栅结构，主栅 G1 和副栅 G2 垂直跨越硅纳米线并相对布置，可独立施加电压以调控通道电势。与仅使用 G1 的传统纳米线 FET 生物传感器相比，利用 G2 可增强检测灵敏度；对 G2 施加弱正偏置时，传感窗口显著拓宽。作者还分析了生物分子结合所产生的电荷效应，表明双栅结构能够放大表面电荷对阈值电压和漏极电流的影响。该工作展示了无需标记、直接电学工作的生物传感器新途径，并有望利用成熟 CMOS 工艺实现高灵敏度、可集成的生物检测器件。
英文摘要
A silicon nanowire field effect transistor (FET) straddled by the double-gate was demonstrated for biosensor application. The separated double-gates, G1 (primary) and G2 (secondary), allow independent voltage control to modulate channel potential. Therefore, the detection sensitivity was enhanced by the use of G2. By applying weakly positive bias to G2, the sensing window was significantly broadened compared to the case of employing G1 only, which is nominally used in conventional nanowire FET-based biosensors. The charge effect arising from biomolecules was also analyzed. Double-gate nanowire FET can pave the way for an electrically working biosensor without a labeling process.